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T h i s i s t o c e r t i f y t h a t t h e t h e s i s e n t i t l e d U S I N G A L T E R N A T I V E E N E R G Y C O N C E P T S A N D H A N D S - O N A C T I V I T I E S T O T E A C H P H Y S I C S B E N C H M A R K S A N D I N C A R E A S E S T U D E N T M O T I V A T I O N : T H E R M O D Y N A M I C S , O P T I C S A N D E L E C T R I C I T Y p r e s e n t e d b y J E R R I L Y N N A M O S O S M A R h a s b e e n a c c e p t e d t o w a r d s f u l fi l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e M a s t e r o f d e g r e e i n I n t e r d e p a r t m e n t a l P h y s i c a l S c i e n c e S c i e n c e I I I / I I I . N I a j o r P r o f s o r ’ s S i g n a t u r e 7 / a ; U 2 9 [ D a t e M S U i s a n a f fi n n a t i v e - a c t i o n , e q u a l - o p p o r t u n i t y e m p l o y e r P L A U S I N G A L T E R N A T I V E E N E R G Y C O N C E P T S A N D H A N D S - O N A C T I V I T I E S T O T E A C H P H Y S I C S B E N C H M A R K S A N D I N C R E A S E S T U D E N T M O T I V A T I O N : T H E R M O D Y N A M I C S , O P T I C S A N D E L E C T R I C I T Y V O L U M E I B y J e r r i L y n n A m o s O s m a r A T H E S I S S u b m i t t e d t o M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y i n p a r t i a l f u l fi l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f M A S T E R O F S C I E N C E I n t e r d e p a r t m e n t a l P h y s i c a l S c i e n c e s 2 0 0 8 A B S T R A C T U S I N G H A N D S - O N A C T I V I T I E S A N D A L T E R N A T I V E E N E R G Y C O N C E P T S T O T E A C H P H Y S I C S B E N C H M A R K S A N D I N C R E A S E S T U D E N T M O T I V A T I O N B y J e r r i L y n n A m o s O s m a r T h e r m o d y n a m i c s , o p t i c s a n d e l e c t r i c i t y b e n c h m a r k s w e r e t a u g h t i n a h i g h s c h o o l c o l l e g e p r e p p h y s i c s c l a s s i n u n i t s t h a t f o c u s e d o n a l t e r n a t i v e e n e r g y . I n s t r u c t i o n a l m e t h o d s i n c l u d e d l a b o r a t o r y e x p e r i m e n t s , h a n d s - o n b u i l d i n g p r o j e c t s , e x p e r i m e n t a l d e s i g n , a u t h e n t i c r e s e a r c h , i n t e m e t r e s e a r c h , c r i t i c a l r e a d i n g , p r a c t i c i n g m a t h p r o b l e m s , a n d s t u d y g u i d e s a n d l e c t u r e n o t e s w h i c h m a d e h e a v y u s e o f l a b e l e d d r a w i n g s . T h e i n s t r u c t o r m a d e u s e o f d a t a f r o m p r i o r k n o w l e d g e s u r v e y s , p o s t t e s t s , p o s t s u r v e y s , g r a d e s o n t e s t s , q u i z z e s a n d a s s i g n m e n t s , a t t e n d a n c e a n d a n o t e b o o k o f a n e c d o t a l c o m m e n t a r y w r i t t e n e a c h d a y a t t h e e n d o f c l a s s . P o s t s u r v e y s a n d t h e n o t e b o o k o f a n e c d o t a l c o m m e n t s S h o w t h a t e n g a g e m e n t w a s h i g h e s t f o r h a n d s - o n a c t i v i t i e s o f a l l t y p e s . I n m a n y c a s e s , m o t i v a t i o n t o d o t h e a c t i v i t i e s d i d n o t c a r r y t h r o u g h t o t h i n k i n g c r i t i c a l l y a b o u t t h e u n d e r l y i n g c o n c e p t s o r d o i n g w r i t t e n w o r k o r w o r k a t h o m e . T h e t o p i c o f a l t e r n a t i v e e n e r g y s u p p o r t s t h e b e n c h m a r k s e f f e c t i v e l y , i s o f c u r r e n t i n t e r e s t i n s o c i e t y a n d o f f e r s o p p o r t u n i t y f o r h a n d s - o n a c t i v i t i e s a n d a u t h e n t i c r e s e a r c h i n c l u d i n g p r a c t i c e w i t h e x p e r i m e n t a l d e s i g n . H o w e v e r , t h e t o p i c i t s e l f d o e s n o t s e e m t o a f f e c t s t u d e n t m o t i v a t i o n . G a i n s i n s t u d e n t k n o w l e d g e c o v e r e d b y t h e b e n c h m a r k s f o r s c i e n t i fi c i n q u i r y , t h e r m o d y n a m i c s , o p t i c s a n d e l e c t r i c i t y w e r e s u b s t a n t i a l a s e v i d e n c e d b y t h e d i f f e r e n c e i n s c o r e s b e t w e e n p r e t e s t s a n d p o s t t e s t s . T H I S T H E S I S I S W R I T T E N I N R E M E M B R A N C E O F N o r r i s H o t c h k i n a n d G l a d y s K l o t z w h o l o v e d l e a r n i n g a n d t r y i n g n e w t h i n g s r i g h t u p t h r o u g h t h e i r f i n a l y e a r s . I N D E D I C A T I O N T O M Y F A M I L Y P a r e n t s J e r r y a n d E l a i n e A m o s w h o h a v e a l w a y s e n c o u r a g e d a n d s u p p o r t e d m e w h e n I h a v e c h o s e n a n e w d i r e c t i o n o r t a c k l e d a b i g p r o j e c t . S o n s J e r r e n , C a r t e r a n d C l a r k O s m a r w h o a r e t h o u g h t f u l , k i n d , i n t e l l e c t u a l , a d v e n t u r o u s , h a r d w o r k i n g , m o r a l i n d i v i d u a l s i n s p i t e o f , o r d u e t o , h a v i n g a m o m w h o h a s a l w a y s s p l i t h e r t i m e b e t w e e n f a m i l y a n d d e e p i m m e r s i o n i n s o m e e n d e a v o r . O u r c o n v e r s a t i o n s g i v e m e f o o d f o r t h o u g h t a n d i n s p i r a t i o n f o r c h a n g e . D a u g h t e r - i n - l a w S a r a h B e r r y w h o i s h e r s e l f a t e a c h e r . H e r e n t h u s i a s m , e n e r g y , c o n fi d e n c e a n d p o s i t i v e a t t i t u d e b r i n g m e g r e a t h a p p i n e s s . G r a n d d a u g h t e r E l e a n o r E l i z a b e t h w h o a r r i v e d a m i d s t m y w o r k o n t h i s p r o j e c t a n d i s h e r s e l f a “ p r o j e c t ” o n w h i c h I p l a n t o d e v o t e m u c h t i m e a n d e n e r g y . F i a n c é L a n c e W y n n w h o h a s b e e n v e r y p a t i e n t t h r o u g h o u t t h e r e s e a r c h , w r i t i n g a n d t y p i n g o f t h i s t h e s i s e v e n t h o u g h o u r c o n v e r s a t i o n s o n m y f a v o r i t e s c i e n c e t o p i c s “ m a k e h i s h e a d h u r t ” ! i i i T A B L E O F C O N T E N T S L I S T O F T A B L E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v L I S T O F F I G U R E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i x I N T R O D U C T I O N O B S E R V A T I O N S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 P R O B L E M A N D H Y P O T H E S I S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 R E V I E W O F T H E L I T E R A T U R E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 S T U D Y P O P U L A T I O N : D E M O G R A P H I C S A N D C O N D I T I O N S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 S C I E N C E C O N C E P T S A D D R E S S E D I N T H E S E U N I T S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 T h e r m o d y n a m i c s a n d O p t i c s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 E l e c t r i c i t y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 I M P L E M E N T A T I O N D E S C R I P T I O N O F U N I T S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 D E S C R I P T I O N O F A C T I V I T I E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 D e s c r i p t i o n o f T h e r m o d y n a m i c s A c t i v i t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 D e s c r i p t i o n o f E l e c t r i c i t y A c t i v i t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 A S S E S S M E N T T O O L S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 R E S U L T S A N A L Y S I S O F H A N D S - O N A C T I V I T I E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 A N A L Y S I S O F O T H E R A C T I V I T I E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 A S S E S S M E N T T O O L S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8 D I S C U S S I O N A N D C O N C L U S I O N S T U D E N T M O T I V A T I O N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 8 S T U D E N T E N G A G E M E N T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 M A S T E R Y O F B E N C H M A R K S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 7 P O S S I B L E F O L L O W - U P S T U D I E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 9 P R O P O S E D C H A N G E S I N T H E U N I T S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2 A P P E N D I X I B E N C H M A R K S A N D L E S S O N P L A N S A p p e n d i x I A T h e r m o d y n a m i c s a n d O p t i c s U n i t : M i c h i g a n B e n c h m a r k s C o v e r e d . . 7 6 A p p e n d i x I B E l e c t r i c i t y U n i t : M i c h i g a n B e n c h m a r k s C o v e r e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 A p p e n d i x I C T h e r m o d y n a m i c s a n d O p t i c s U n i t : L e s s o n P l a n O u t l i n e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 5 A p p e n d i x I D T h e r m o d y n a m i c s a n d O p t i c s U n i t : C o m m e n t a r y o n L e s s o n P l a n O u t l i n e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 0 A p p e n d i x I E E l e c t r i c i t y U n i t : L e s s o n P l a n O u t l i n e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 6 A P P E N D I X H U N I T S T U D Y G U I D E S A p p e n d i x H A S t u d y G u i d e f o r T h e r m o d y n a m i c s a n d O p t i c s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 0 i v A p p e n d i x H B T e a c h e r ’ s K e y f o r S t u d y G u i d e f o r T h e r m o d y n a m i c s a n d O p t i c s . . . . 1 0 6 A p p e n d i x H C S t u d y G u i d e f o r T h e r m o d y n a m i c s a n d O p t i c s : A n e c d o t a l C o m m e n t a r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 4 A p p e n d i x I I D E l e c t r i c i t y S t u d y G u i d e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 6 A p p e n d i x H E T e a c h e r ’ s K e y f o r E l e c t r i c i t y S t u d y G u i d e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 1 A p p e n d i x I I F E l e c t r i c i t y S t u d y G u i d e : A n e c d o t a l C o m m e n t a r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 9 A P P E N D I X I I I A S S E S S M E N T S A p p e n d i x I I I A P r e t e s t f o r t h e T h e r m o d y n a m i c s U n i t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 0 A p p e n d i x I I I B T h e r m o d y n a m i c s P o s t T e s t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 8 A p p e n d i x H I C T h e r m o d y n a m i c s a n d O p t i c s U n i t : R a w D a t a f r o m P r e t e s t a n d P o s t T e s t A n a l y z e d b y B e n c h m a r k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 6 A p p e n d i x H I D I t e m A n a l y s i s o f P r e t e s t a n d P o s t T e s t Q u e s t i o n s f o r t h e T h e r m o d y n a m i c s U n i t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 4 A p p e n d i x I I I E T h e r m o d y n a m i c s P o s t S u r v e y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 2 A p p e n d i x H I F T h e r m o d y n a m i c s a n d O p t i c s : S t u d e n t s ’ E n g a g e m e n t R e p o r t s . . . . . . . . 1 7 3 A p p e n d i x H I G E l e c t r i c i t y P r e t e s t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 3 A p p e n d i x H I H E l e c t r i c i t y P o s t T e s t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2 A p p e n d i x H I I B u i l d i n g a P h o t o v o l t a i c C e l l : P o s t - L a b Q u e s t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 0 A p p e n d i x I I I I E l e c t r i c i t y P o s t S u r v e y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 8 A p p e n d i x H I K E l e c t r i c i t y : S t u d e n t s ’ E n g a g e m e n t R e p o r t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 6 A p p e n d i x H I L S t u d e n t s G r a d e s a n d A t t e n d a n c e f o r t h e E l e c t r i c i t y U n i t . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 3 A P P E N D I X I V T H E R M O D Y N A M I C S A C T I V I T I E S A p p e n d i x I V A Q u e s t i o n s t o A c c o m p a n y S o l a r H o t W a t e r : A P r i m e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 0 A p p e n d i x I V B S p e c i f i c H e a t L a b f o r S o l a r C o l l e c t o r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 4 A p p e n d i x I V C F o u r A r t i c l e s o n A b s o r b a n c e a n d S o l a r H e a t i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 9 A p p e n d i x I V D A b s o r b a n c e a n d E m i s s i o n L a b : H e a t i n g S o l a r S p a c e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 1 A p p e n d i x I V E B o i l i n g W a t e r L a b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 8 A p p e n d i x I V F Q u e s t i o n s o n S t i r l i n g E n g i n e s t o A c c o m p a n y S u n C a t c h e r s T u n e d t o C r a n k O u t t h e J u i c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 1 A p p e n d i x I V G B u i l d i n g a S t i r l i n g E n g i n e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 4 A p p e n d i x I V H P a y o f f T i m e H o m e w o r k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 6 A p p e n d i x I V I B u i l d i n g R o c k e t s ( T i n y H e a t E n g i n e s ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 7 A p p e n d i x I V I F o l l o w - U p Q u e s t i o n s o n H e a t E n g i n e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 2 A p p e n d i x I V K D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r E x p e r i m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 5 A P P E N D I X V E L E C T R I C I T Y A C T I V I T I E S A p p e n d i x V A B u i l d i n g C i r c u i t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 9 A p p e n d i x V B E l e c t r o l y s i s L a b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 3 A p p e n d i x V C C a r B a t t e r y D e m o n s t r a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 3 A p p e n d i x V D G a l v a n i c B a t t e r y L a b : T h e V o l t a i c P i l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 3 A p p e n d i x V E B u i l d i n g a 3 - D M o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 4 A p p e n d i x V F H o m e w o r k Q u i z t o A c c o m p a n y t h e P h o t o v o l t a i c s A r t i c l e . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 6 A p p e n d i x V G B u i l d i n g a P h o t o v o l t a i c C e l l L a b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 9 B I B L I O G R A P H Y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 8 v i T a b l e 1 T a b l e 2 T a b l e 3 T a b l e 4 T a b l e 5 T a b l e 6 T a b l e 7 T a b l e 8 T a b l e 9 T a b l e 1 0 T a b l e 1 1 T a b l e 1 2 T a b l e 1 3 T a b l e 1 4 T a b l e 1 5 T a b l e 1 6 T a b l e 1 7 T a b l e 1 8 T a b l e 1 9 T a b l e 2 0 T a b l e 2 1 L I S T O F T A B L E S D a t e s o f T h e r m o d y n a m i c s A c t i v i t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 D a t e s o f E l e c t r i c i t y A c t i v i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 S u m m a r y o f T h e r m o d y n a m i c s S c o r e s b y B e n c h m a r k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9 S u m m a r y o f E l e c t r i c i t y S c o r e s b y B e n c h m a r k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2 S u m m a r y o f S t u d e n t R e s p o n s e s t o T h e r m o d y n a m i c s P o s t S u r v e y . . . . . . . . . . . 5 4 S u m m a r y o f S t u d e n t R e s p o n s e s t o E l e c t r i c i t y P o s t S u r v e y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 6 L e g e n d a n d T - T e s t P V a l u e s f o r Q u e s t i o n 1 a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 4 L e g e n d a n d T - T e s t P V a l u e s f o r Q u e s t i o n 1 b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 5 L e g e n d a n d T - T e s t P V a l u e s f o r Q u e s t i o n 1 c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 6 L e g e n d a n d T - T e s t P V a l u e s f o r Q u e s t i o n 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 6 L e g e n d a n d T - T e s t P V a l u e s f o r Q u e s t i o n 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 7 L e g e n d a n d T - T e s t P V a l u e s f o r Q u e s t i o n 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 8 L e g e n d a n d T - T e s t P V a l u e s f o r Q u e s t i o n 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 9 L e g e n d a n d T - T e s t P V a l u e s f o r Q u e s t i o n 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 0 L e g e n d a n d T - T e s t P V a l u e s f o r Q u e s t i o n 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 1 R a w E n g a g e m e n t D a t a b y A c t i v i t y T y p e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 5 E n g a g e m e n t D a t a S u m m a r i z e d b y A c t i v i t y T y p e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 6 R a w E n g a g e m e n t D a t a f o r A l t e r n a t i v e E n e r g y A c t i v i t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 6 R a w E n g a g e m e n t D a t a f o r O t h e r A c t i v i t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 7 S u m m a r y o f E n g a g e m e n t D a t a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 8 R e s p o n s e s o n P h o t o v o l t a i c P o s t — L a b Q u e s t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 4 v i i T a b l e 2 2 T a b l e 2 3 T a b l e 2 4 T a b l e 2 5 T a b l e 2 6 T a b l e 2 7 T a b l e 2 8 T a b l e 2 9 T a b l e 3 0 T a b l e 3 1 T a b l e 3 2 N u m b e r T h a t T u r n e d A s s i g n m e n t I n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 4 A l t e r n a t i v e E n e r g y A c t i v i t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 7 A c t i v i t i e s N o t D i r e c t l y A d d r e s s i n g A l t e r n a t i v e E n e r g y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 7 S u m m a r y b y C a t e g o r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 9 E l e c t r i c i t y a n d T h e r m o d y n a m i c s D a t a A n a l y z e d A c c o r d i n g t o . . . . . . . . . . . . . . 2 3 9 A l t e r n a t i v e E n e r g y A c t i v i t i e s w i t h T e s t s , Q u i z z e s , S u r v e y s a n d . . . . . . . . . . . . 2 3 9 E l e c t r i c i t y a n d T h e r m o d y n a m i c s A n a l y z e d A c c o r d i n g t o H a n d s — O n . . . . . 2 3 9 H a n d s - O n A c t i v i t i e s w i t h T e s t s , Q u i z z e s , S u r v e y s a n d N o t e b o o k s . . . . . . . . 2 4 0 A t t e n d a n c e D u r i n g t h e E l e c t r i c i t y U n i t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 6 K e y t o A t t e n d a n c e S y m b o l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 6 A t t e n d a n c e b y S t u d e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 7 v i i i F i g u r e 1 F i g u r e 2 F i g u r e 3 F i g u r e 4 F i g u r e 5 F i g u r e 6 F i g u r e 7 F i g u r e 8 F i g u r e 9 F i g u r e 1 0 F i g u r e 1 1 F i g u r e 1 2 F i g u r e 1 3 F i g u r e 1 4 F i g u r e 1 5 F i g u r e 1 6 F i g u r e 1 7 F i g u r e 1 8 F i g u r e 1 9 F i g u r e 2 0 F i g u r e 2 1 L I S T O F F I G U R E S E l i m i n a t i n g C o l o r V a r i a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 S t u d e n t s A c c i d e n t a l l y B l o c k S u n W h i l e C o l l e c t i n g D a t a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 S t u d e n t P r o j e c t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 C l o s e - U p o f t h e C r a n k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9 P u z z l i n g O v e r H o w t o A v o i d B u b b l e s W h e n F i l l i n g t h e U - T u b e . . . . . . . . . . . . . 4 2 C h a n g i n g f r o m D i s t i l l e d W a t e r t o E l e c t r o l y t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3 T a k i n g V o l t a g e R e a d i n g s o f I n d i v i d u a l C e l l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 S o l a r S p a c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I 3 0 S o l a r - H e a t e d P o o l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 2 B l o c k s o f C o p p e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 3 S o l a r S p a c e A n s w e r K e y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 4 S o l a r - H e a t e d P o o l A n s w e r K e y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 6 T w o B l o c k s o f C o p p e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 7 C o p p e r B l o c k s o f D i f f e r e n t M a s s e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 8 C o p p e r B l o c k s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 2 S o l a r H e a t i n g S y s t e m f o r a P o o l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 3 S o l a r R o o m A n s w e r K e y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 4 S o l a r R o o m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 6 S o l a r P o o l . . . . . . . . . . . . . . . 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6 S c o r e s a s P e r c e n t a g e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 0 Q u e s t i o n 7 S c o r e s a s P e r c e n t a g e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 1 E x a m p l e 1 o f S t u d e n t E n g a g e m e n t D a t a R e p o r t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 3 E x a m p l e 2 o f S t u d e n t E n g a g e m e n t D a t a R e p o r t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 4 E x a m p l e 3 o f S t u d e n t E n g a g e m e n t D a t a R e p o r t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 4 C l o s e d C i r c u i t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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. . . . . . . 2 0 4 C o r r e c t D e t a i l s o n D r a w i n g f o r Q u e s t i o n 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 5 I n c o r r e c t D e t a i l s f o r D r a w i n g f o r Q u e s t i o n 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 5 C o r r e c t E x p l a n a t i o n f o r Q u e s t i o n 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 5 I n c o r r e c t E x p l a n a t i o n f o r Q u e s t i o n 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 6 C o r r e c t R e s p o n s e s f o r Q u e s t i o n 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 7 C o r r e c t E x p l a n a t i o n f o r Q u e s t i o n 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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g t o M e n t a l C h a l l e n g e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 5 R e s p o n s e s C l a s s i fi e d b y H a n d s - O n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 6 x i F i g u r e 6 8 F i g u r e 6 9 F i g u r e 7 0 F i g u r e 7 1 F i g u r e 7 2 F i g u r e 7 3 F i g u r e 7 4 F i g u r e 7 5 F i g u r e 7 6 F i g u r e 7 7 F i g u r e 7 8 F i g u r e 7 9 F i g u r e 8 0 F i g u r e 8 1 F i g u r e 8 2 F i g u r e 8 3 F i g u r e 8 4 F i g u r e 8 5 F i g u r e 8 6 F i g u r e 8 7 F i g u r e 8 8 F i g u r e 8 9 a F i g u r e 8 9 b R e s p o n s e s C l a s s i fi e d b y A l t e r n a t i v e E n e r g y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 7 P r a c t i c a l V e r s u s A c a d e m i c R e s p o n s e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 7 R e s p o n s e s C l a s s i fi e d A c c o r d i n g t o M e n t a l C h a l l e n g e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 8 P r a c t i c a l V e r s u s A c a d e m i c R e s p o n s e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 9 R e s p o n s e s C l a s s i fi e d A c c o r d i n g t o H a n d s - O n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 9 R e s p o n s e s C l a s s i fi e d A c c o r d i n g t o A l t e r n a t i v e E n e r g y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 0 R e s p o n s e s C l a s s i fi e d A c c o r d i n g t o M e n t a l E f f o r t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 0 E x p l a n a t i o n s o f C h o i c e s f o r Q u e s t i o n 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 2 S t u d e n t W o r k : E n g a g e m e n t R e p o r t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 6 S c o r e s o n t h e P r i o r K n o w l e d g e S u r v e y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 3 S c o r e s o n t h e H o m e w o r k Q u i z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 3 S c o r e s o n t h e E l e c t r i c i t y Q u i z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 4 S c o r e s o n t h e P h o t o v o l t a i c P o s t - L a b Q u e s t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 4 S c o r e s o n t h e E l e c t r i c i t y U n i t T e s t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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a d o n f o i l w i t h p a p e r c l i p e n d t o u c h i n g m a t c h h e a d . . . . . . . . . . 2 9 9 F o l d f o i l o v e r m a t c h h e a d a n d p a p e r c l i p , p r e s s i n g s n u g l y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 9 A f t e r r o l l i n g t h e f o i l a r o u n d t h e m a t c h a f e w t i m e s , o u t e x c e s s . . . . . . . . . . . . . . 2 9 9 C a r e f u l l y t w i s t t h e f o i l t i g h t l y a r o u n d t h e m a t c h h e a d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 9 C u t e x c e s s o f f e n d o p p o s i t e o f t a i l p i p e s o i t fl i e s s m o o t h l y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 0 P u t t h e h e a d o f t h e p i n i n s i d e a w a d d e d b a l l o f f o i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 0 P o s i t i o n t h e p i n a t a 4 5 ° a n g l e t o t h e fl o o r a n d w a d t h e b a l l u p . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 0 S l i d e t h e t a i l p i p e t h a t w a s c r e a t e d b y t h e c l i p , d o w n o v e r t h e p i p e . . . . . . . . 3 0 0 P o s i t i o n t h e fl a m e u n d e r t h e m a t c h h e a d u n t i l i t i g n i t e s a n d s h o o t s o f f . . 3 O O F l a t P l a t e C o l l e c t o r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 9 S a m p l e D a t a T a b l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 1 S a m p l e B a r G r a p h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 2 C u t t i n g F o a m f o r I n s u l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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u r e 1 0 5 F i g u r e 1 0 6 F i g u r e 1 0 7 F i g u r e 1 0 8 F i g u r e 1 0 9 F i g u r e 1 1 0 F i g u r e 1 1 1 F i g u r e 1 1 2 F i g u r e 1 1 3 F i g u r e 1 1 4 F i g u r e 1 1 5 F i g u r e 1 1 6 F i g u r e 1 1 7 F i g u r e 1 1 8 E l e c t r o l y s i s A p p a r a t u s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 6 L a b e l e d D r a w i n g o f B a t t e r i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 7 L a b e l e d D r a w i n g o f E x p e r i m e n t a l S e t - U p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 8 T e s t i n g V o l t a g e o n a C a r B a t t e r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 4 C l o s e - U p o f T e s t i n g V o l t a g e o n a C a r B a t t e r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 5 P r y i n g C a p s o f f B a t t e r y C e l l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 5 T h e B a t t e r y C e l l s a r e N o w A c c e s s i b l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 5 S q u e e z e t h e B u l b a n d I n s e r t H y g r o m e t e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 6 R e a d S p e c i fi c G r a v i t y V a l u e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 6 L a b e l e d D r a w i n g o f a C a r B a t t e r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 9 L a b e l e d D r a w i n g o f a S i n g l e B a t t e r y C e l l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 0 F i v e G a l v a n i c C e l l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 3 P a r a l l e l C i r c u i t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 4 F i v e G a l v a n i c C e l l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 7 P a r a l l e l C i r c u i t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 8 L a b e l e d D r a w i n g o f O n e C e l l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 9 A S i n g l e C e l l a n d a M u l t i M e t e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 0 S t u d e n t s M a d e a P h o t o s e n s i t i v e D y e f r o m H i b i s c u s F l o w e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 5 R i n s i n g t h e C o n d u c t i v e P l a t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 5 D e t e r m i n i n g W h i c h S u r f a c e i s C o n d u c t i v e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 6 P r e p a r i n g a D i l u t e S o l u t i o n o f N i t r i c A c i d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 6 G r i n d i n g T i t a n i u m O x i d e t o P r e p a r e a P a s t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 7 M a s k i n g o f f t h e A n o d e s b e f o r e C o a t i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 7 x i v F i g u r e 1 1 9 F i g u r e 1 2 0 F i g u r e 1 2 1 F i g u r e 1 2 2 F i g u r e 1 2 3 F i g u r e 1 2 4 F i g u r e 1 2 5 F i g u r e 1 2 6 F i l t e r i n g t h e H i b i s c u s I n f u s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 8 F i r s t S t e p o f C o a t i n g t h e A n o d e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 8 S e c o n d S t e p o f C o a t i n g t h e A n o d e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 9 C o a t i n g t h e C a t h o d e w i t h G r a p h i t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 9 D y i n g t h e A n o d e w i t h H i b i s c u s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 0 U s i n g C a p i l l a r y A c t i o n t o I n t r o d u c e t h e E l e c t r o l y t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 0 T e s t i n g C u r r e n t a n d V o l t a g e O u t p u t o f t h e F i n i s h e d P V C e l l s . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 1 S o a k i n g u p L i g h t f o r A n o t h e r T e s t o f C u r r e n t a n d V o l t a g e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 1 X V I N T R O D U C T I O N O B S E R V A T I O N S S t u d e n t a p a t h y , b o r e d o m a n d u n d e r - a c h i e v e m e n t s e e m e p i d e m i c a t O w o s s o H i g h S c h o o l . S t u d e n t s a p p e a r t o b e m o s t e x c i t e d w h e n l e a r n i n g a b o u t c u r r e n t d i s c o v e r i e s o r c u t t i n g - e d g e t e c h n o l o g y a n d w h e n a c t i v e l y e n g a g e d i n p r o j e c t s t h a t a f f e c t t h e i r l i f e a n d b e n e fi t s o c i e t y . H o w e v e r , t h e s e a s p e c t s a r e n o t o f t e n p a r t o f t h e i r c l a s s r o o m e x p e r i e n c e . P o l i t i c i a n s a n d b u s i n e s s p e o p l e w a n t t h a t t o c h a n g e . O u r g o v e r n o r , J e n n i f e r G r a n h o l r n , i s p u s h i n g f o r M i c h i g a n t o b e a l e a d e r i n t h e n e w a l t e r n a t i v e e n e r g y i n d u s t r y . S h e c i t e s t h e N a t i o n a l R e n e w a b l e E n e r g y L a b p r e d i c t i o n t h a t 2 0 m i l l i o n n e w j o b s w i l l b e c r e a t e d i n t h a t fi e l d o v e r t h e n e x t 2 0 y e a r s ( D u f f y , 2 0 0 8 a n d P l u t a , 2 0 0 8 ) . O t h e r p o l i t i c a l o f fi c i a l s a s w e l l a s b u s i n e s s e x e c u t i v e s l a m e n t t h e l a c k o f w o r k e r s t h a t a r e s k i l l e d a n d k n o w l e d g e a b l e i n s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y ( G r e e n h o u s e , 1 9 9 2 a n d W i l g o r e n , 2 0 0 3 ) . W e n e e d t o c h a n g e t h e w a y s c i e n c e i s t a u g h t , m o t i v a t i n g s t u d e n t s t o b e c o m e i n t e l l e c t u a l l y e n g a g e d a n d i n c r e a s i n g t h e n u m b e r o f t h o s e c h o o s i n g t o p u r s u e p r o g r a m s o f s t u d y a n d c a r e e r s i n s c i e n c e . I t w i l l t a k e p e o p l e w i t h s o l i d s c i e n c e b a c k g r o u n d s t o m a k e o u r s t a t e a l e a d e r i n a l t e r n a t i v e e n e r g y . I n m y o w n p h y s i c s c l a s s r o o m , I b e g i n t h e y e a r w i t h a u n i t o n o r i g i n s o f t h e u n i v e r s e a n d p a r t i c l e p h y s i c s . I c o n t i n u a l l y u p d a t e u s i n g t h e m o s t c u r r e n t i n f o r m a t i o n t h a t I c a n fi n d . W e b u i l d c l o u d c h a m b e r s a n d d o e x p e r i m e n t s w i t h c o s m i c r a y d e t e c t o r s . W e t o u r t h e c y c l o t r o n a t M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y a n d v i e w t h e c o n t r o l r o o m o f t h e S O A R T e l e s c o p e . S o m e y e a r s w e a l s o v i s i t t h e n u c l e a r r e a c t o r a t t h e U n i v e r s i t y o f M i c h i g a n . W e p r o b e d e e p p h i l o s o p h i c a l q u e s t i o n s , s o m e t i m e s i n c l u d i n g r e l i g i o n . A G e i g e r c o u n t e r s u p p l e m e n t s t h e l e s s o n s o n r a d i o a c t i v i t y a n d w e d r a w t h e g u t s o f a n u c l e a r p o w e r p l a n t . I u s e t h e n o t e s I t o o k d u r i n g a B r i a n G r e e n e l e c t u r e t o g u i d e s t u d e n t s d e e p i n t o t h e m y s t e r i e s o f s t r i n g t h e o r y . D u r i n g t h a t u n i t I s e e s p a r k s i n t h e s t u d e n t s ’ e y e s a n d h e a r t h e h u n g e r i n t h e i r i n s i g h t f u l q u e s t i o n s . I h a v e h a d s t u d e n t s t e l l m e a t t h e c o n c l u s i o n o f t h a t u n i t t h a t t h e y h a v e c h a n g e d t h e i r m i n d a b o u t w h a t t h e y w a n t t o p u r s u e i n c o l l e g e . B u t t h e n w e s t a r t i n w i t h t h e c h a p t e r s a t t h e f r o n t o f t h e b o o k a n d t h e i r f a c e s d r o p . T h e t o p i c s a r e a l i t t l e d r y , p e r h a p s m a d e d r i e r b y t h e f a c t t h a t t h e y a r e n ’ t l e a r n e d a s p a r t o f e n g r o s s i n g , c u r r e n t l y m e a n i n g f u l p r o j e c t s , b u t a s i s o l a t e d s c e n a r i o s w h e r e t h e y a r e d i s t a n t o b s e r v e r s r a t h e r t h a n a c t i v e p a r t i c i p a n t s . T h e r e a r e s t o r y p r o b l e m s a b o u t c h i l d r e n p u l l i n g s l e d s u p h i l l s a n d a i r p l a n e s fl y i n g t o w a r d 6 3 d e g r e e s . A s t h e c h a p t e r s g o o n , s t u d e n t s ’ e y e s l o s e t h e i r b r i g h t s p a r k . T h e h a n d s - o n a c t i v i t i e s a n d t h e c u r r e n t n e w s fl a s h e s I i n c l u d e g r a b t h e i r i n t e r e s t . B u t i t i s n o t s u s t a i n e d t h e w a y i t w a s i n t h e fi r s t u n i t . T h e s e l a b s a n d a c t i v i t i e s a r e g e n e r a l l y d e s i g n e d j u s t f o r t h e p u r p o s e o f t e a c h i n g c o n c e p t s a n d a r e n o t a u t h e n t i c p r o j e c t s f r o m w h i c h t h e s t u d e n t o r s o c i e t y w i l l b e n e fi t . H i g h s c h o o l s t u d e n t s s e e m t o c r a v e b e i n g i n v o l v e d i n a c t i v i t i e s t h a t t h e y p e r c e i v e a s b e i n g p a r t o f t h e r e a l w o r l d . S o m e s t u d e n t s s e e m t o h o l d o n t o t h e h o p e t h a t t h e “ b o r i n g ” s t u f f i s t e m p o r a r y a n d t h a t w e w i l l s o o n g e t b a c k t o r e a l l y e x c i t i n g t h i n g s . B u t b y c h a p t e r 4 o r 5 m o s t h a v e g i v e n u p h o p e . L a s t y e a r I n o t i c e d t h a t a t o p i c i n E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e , a l t e r n a t i v e e n e r g y , r e a l l y i n t e r e s t e d t h e s t u d e n t s . W e m a d e d i e s e l fi i e l a s o n e o f t h e a c t i v i t i e s . S e v e r a l s t e p s t o o k m u l t i p l e d a y s t o c o m p l e t e , s o t h e w h o l e p r o j e c t l a s t e d a c o u p l e o f w e e k s . S t u d e n t s w e r e s o e x c i t e d t h a t t h e i r q u e s t i o n s t o o k u p a l a r g e p o r t i o n o f c l a s s t i m e . S t u d e n t s t h a t q u i t e o f t e n s k i p p e d c l a s s w e r e s u r e t o b e t h e r e o n d a y s w h e n w e d i d a n o t h e r s t e p o n t h e d i e s e l p r o c e d u r e . O n e g i r l w h o h a d a g r a d e o f a b o u t 4 0 % , w e n t h o m e a n d l o a d e d t h e b a c k o f h e r p i c k - u p t r u c k w i t h b a g s a n d b a g s o f w o o d a s h e s . W e u s e d t h e m t o m a k e l y e , o n e o f t h e i n g r e d i e n t s i n t h e d i e s e l r e c i p e . A n o t h e r b o y w h o r a r e l y d i d a n y t h i n g i n c l a s s , s p e n t a c o u p l e o f d a y s o n h i s o w n t i m e a f t e r s c h o o l t r y i n g t o r o u n d u p a n e n g i n e t h a t w e c o u l d u s e t o t e s t o u r fi n i s h e d p r o d u c t . T h e p h y s i c s s t u d e n t s a l s o s e e m e d q u i t e t a k e n b y a l t e r n a t i v e e n e r g y t o p i c s . T h e y f o u n d o u t t h a t w e w e r e m a k i n g d i e s e l f u e l i n E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a n d w a n t e d c o p i e s o f t h e r e c i p e . I t f a s c i n a t e d t h e m t h a t i t c o u l d b e m a d e f r o m s c r a t c h u s i n g u s e d c o o k i n g o i l , w o o d a s h e s a n d a l c o h o l . M o s t o f t h e m h a d c a r s a n d w e r e f e e l i n g t h e p i n c h o f h i g h g a s p r i c e s . T h e i n t e r e s t a m o n g t h e p h y s i c s s t u d e n t s r e m a i n e d h i g h a s w e b e g a n l e a r n i n g a b o u t h e a t e n g i n e s , g e o t h e r m a l h e a t p u m p s a n d h y b r i d c a r s i n t h e t h e r m o d y n a m i c s u n i t o f t h e i r c l a s s . T h e c o n t r a s t b e t w e e n t h e l e v e l o f e n e r g y i n t h e c l a s s r o o m w h e n s t u d e n t s a r e i n t e r e s t e d a n d w h e n t h e y a r e b o r e d i s i n c r e d i b l e . A l t h o u g h n o t a l l s t u d e n t s a r e i n t e r e s t e d i n t h e s a m e t o p i c s , i t s e e m s t h a t i f a c e r t a i n n u m b e r o f s t u d e n t s g e t e x c i t e d a b o u t a t o p i c t h e i r e n t h u s i a s m s p r e a d s t o t h e r e s t o f t h e c l a s s . W h a t c a n b e d o n e t o a c h i e v e t h i s l e v e l o f i n t e r e s t m o r e c o n s i s t e n t l y w h i l e s t i l l c o v e r i n g t h e m a t e r i a l d i c t a t e d b y M i c h i g a n b e n c h m a r k s ? A n d d o s t u d e n t s a c t u a l l y l e a r n m o r e w h e n t h e y a r e a c t i v e l y e n g a g e d , o r a r e t h e y j u s t b u s i e r ? P R O B L E M A N D H Y P O T H E S I S T h e o b s e r v a t i o n s I h a v e m a d e o f m y o w n s t u d e n t s a r e n o t u n u s u a l . I t s e e m s t h a t t h e p r o b l e m i s n a t i o n a l i n s c o p e a n d s e r i o u s . T h o m a s F r i e d m a n i n T h e W o r l d I s F l a _ t _ ( 2 0 0 6 ) w a r n s t h a t t h e U S s t u d e n t h a s f a l l e n w a y b e h i n d s t u d e n t s i n o t h e r c o u n t r i e s i n t e r m s o f w o r k e t h i c , a n d w o r k e t h i c i s e s p e c i a l l y i m p o r t a n t i n t h e p u r s u i t o f s c i e n c e . I t ’ s h a r d t o l e a r n t h e f u n d a m e n t a l s , a n d f o r m o s t i t i s n o t “ f u n ” . H e a l s o p o i n t s o u t t h a t t h i s i s a l r e a d y h a v i n g a n a d v e r s e e f f e c t o n t h e j o b o u t l o o k f o r U S g r a d u a t e s i n t e c h n i c a l fi e l d s . C o m p a n i e s a r e n ’ t j u s t o u t s o u r c i n g b e c a u s e f o r e i g n l a b o r i s c h e a p e r . F o r e i g n w o r k e r s a r e m o r e p r o d u c t i v e . T h e y w o r k h a r d e r . A n d t h e y p u t m o r e e f f o r t i n t o c o n t i n u a l l y u p g r a d i n g t h e i r s k i l l s ( F r i e d m a n , 2 0 0 6 ) . I ’ m a f r a i d t h a t t h e l o n g e r s t u d e n t s s t a y i n t h e m o d e o f b e i n g b o r e d a n d n o t p u t t i n g f o r t h e f f o r t , t h e m o r e l i k e l y i t i s t o b e c o m e a l i f e l o n g h a b i t . T h e B i l l a n d M e l i n d a G a t e s F o u n d a t i o n t a r g e t e d h i g h s c h o o l s a s b e i n g i n d i r e n e e d o f r e f o r m . T h e y c i t e l o w s t u d e n t m o t i v a t i o n a s a m a j o r c o n c e r n ( G r e e n e , 2 0 0 6 ) . O n e c o n s e q u e n c e o f l o w m o t i v a t i o n i s l o w t e s t s c o r e s . T h e s c o r e s t h a t I s e e i n m y c l a s s r o o m a r e m i r r o r e d a c r o s s t h e c o u n t r y . A c c o r d i n g t o t h e N a t i o n a l A s s e s s m e n t o f E d u c a t i o n a l P r o g r e s s , t w e l f t h g r a d e r s d o n ’ t h a v e t h e s k i l l s t h e y n e e d : 6 4 % a r e n o t p r o fi c i e n t i n r e a d i n g , 8 3 % a r e n o t p r o fi c i e n t i n m a t h , a n d 8 2 % a r e n o t p r o fi c i e n t i n s c i e n c e ( G r e e n e , 2 0 0 6 ) A n o t h e r c o n s e q u e n c e o f l o w m o t i v a t i o n , l a c k o f i n t e r e s t a n d p o o r w o r k e t h i c i s t h e U S d r o p o u t r a t e . I n 2 0 0 6 t h e r a t e h a d r i s e n t o 3 0 % o f a l l 1 7 y e a r o l d s . M a n y s t a t i s t i c s i s s u e d b y h i g h s c h o o l a d m i n i s t r a t i o n s s o u n d m u c h b e t t e r t h a n t h i s b e c a u s e i n fi g u r i n g t h e i r d r o p o u t r a t e , t h e y c o u n t o n l y s t u d e n t s w h o m a d e i t t o t h e 1 2 t h g r a d e , i g n o r i n g t h e o n e s w h o d r o p p e d o u t b e f o r e t h a t ( P e t e r s o n , 2 0 0 6 ) . F o r t h o s e t h a t d o m a k e i t t o h i g h s c h o o l g r a d u a t i o n , t h e l a c k o f m o t i v a t i o n r e s u l t i n g i n ( a n d fi ' o m ? ) y e a r a f t e r y e a r o f d i s e n g a g e m e n t a n d m i n i m a l e f f o r t h a s c e r t a i n l y n o t l e f t t h e m p r e p a r e d f o r c o m p e t i n g i n t h e g l o b a l e c o n o m y ( F r i e d m a n , 2 0 0 6 ) . S o m e t h i n g m u s t b e d o n e . W h e n p r e s e n t e d w i t h 1 1 t h a n d 1 2 ‘ 1 1 g r a d e s t u d e n t s w h o h a v e a l r e a d y b e e n b o r e d b y s c i e n c e f o r y e a r s a n d w h o s e l a c k o f e f f o r t h a s b e c o m e h a b i t u a l , t h e t a s k t o m o t i v a t e a n d e n g a g e i s n e i t h e r e a s y n o r q u i c k . I t ’ s n e c e s s a r y t o m a k e s o m e v e r y s i g n i fi c a n t c h a n g e s i n t h e w a y w e a t t e m p t t o e d u c a t e , b e g i n n i n g i n g r a d e s t h a t c o m e b e f o r e h i g h s c h o o l . A S e d u c a t o r s , w e m u s t d o w h a t w e c a n t o h e l p s o l v e t h e p a r t o f t h e p r o b l e m t o w h i c h w e m a y b e c o n t r i b u t i n g . I p r o p o s e t o t e a c h t h e r m o d y n a m i c s , o p t i c s a n d e l e c t r i c i t y b e n c h m a r k s u s i n g h a n d s - o n a c t i v i t i e s i n t h e fi e l d o f a l t e r n a t i v e e n e r g y . I t i s m y e x p e c t a t i o n t h a t d o i n g s c i e n c e r a t h e r t h a n j u s t l e a r n i n g c o n t e n t , w i l l m o t i v a t e s t u d e n t s t o b e p h y s i c a l l y a n d i n t e l l e c t u a l l y e n g a g e d . T h e r a t i o n a l e f o r c h o o s i n g a l t e r n a t i v e e n e r g y a s t h e t o p i c o f s t u d y r e l a t e s t o M i c h i g a n ’ s e c o n o m y a n d t h e f u t u r e w e l l - b e i n g o f e c o s y s t e m s . W e a r e i n g r e a t n e e d o f e n g i n e e r s a n d e n t r e p r e n e u r s w h o c a n p i o n e e r t h e fl e d g l i n g i n d u s t r y o f a l t e r n a t i v e e n e r g y . P e r h a p s d o i n g s c i e n c e i n t h i s fi e l d i n h i g h s c h o o l w i l l i n s t i l l a f e e l i n g t h a t i n d i v i d u a l s c a n t a c k l e g l o b a l p r o b l e m s a n d t h a t s c i e n c e i s o n e t o o l a t t h e i r d i s p o s a l . T h e s e u n i t s m a y a l s o i n fl u e n c e t h e p a t h s t u d e n t s c h o o s e t o f o l l o w i n c o l l e g e a n d h e l p g u i d e d e c i s i o n s t h e y m a k e i n t h e i r d a i l y l i v e s . R E V I E W O F T H E L I T E R A T U R E “ F i r s t , y o u h a v e t o h a v e a q u e s t i o n . I t h a s t o b e y o u r o w n q u e s t i o n b e c a u s e t h e n y o u ’ l l r e a l l y c a r e a b o u t t h e a n s w e r . ” ( C h u r c h , 1 9 9 2 ) T h e r e i s a s i g n i fi c a n t d r o p i n s t u d e n t m o t i v a t i o n w i t h r e g a r d s t o s c i e n c e b e t w e e n t h e p r i m a r y a n d s e c o n d a r y y e a r s ( D a r b y , 2 0 0 7 ) . A r e v i e w o f t h e l i t e r a t u r e s h o w s g l o b a l c o n s e n s u s i n r e g a r d s t o u s i n g c u r r e n t r e a l w o r l d i s s u e s a s t o p i c s t o i n c r e a s e s t u d e n t m o t i v a t i o n a n d m a k e t h e r e l e v a n t . B u t t h e r e i s c o n t r o v e r s y s u r r o u n d i n g t h e p r a c t i c e o f a c t u a l l y d o i n g s c i e n c e r a t h e r t h a n s i m p l y l e a r n i n g a b o u t s c i e n c e . S o m e b e l i e v e t h a t i n m a n y c a s e s h a n d s - o n s c i e n c e d o e s n o t e n g a g e s t u d e n t s i n t e l l e c t u a l l y a n d d o e s n o t r e s u l t i n g r e a t e r u n d e r s t a n d i n g o f c o n t e n t s t a n d a r d s ( R u b y , 2 0 0 1 ) . R u b y ’ s d a t a s h o w e d p o s i t i v e g a i n s i n k n o w l e d g e . I t a p p e a r s t h a t s t u d i e s w h e r e q u a n t i t a t i v e d a t a d o i n d i c a t e s i g n i fi c a n t g a i n s i n u n d e r s t a n d i n g , t h e r o l e o f t h e t e a c h e r a n d t h e p e d a g o g i c a l m e t h o d s e m p l o y e d p l a y e d a c r u c i a l p a r t i n t h e s u c c e s s ( K i r s c h n e r e t a 1 , 2 0 0 6 ) . C h e s t e r F l i n n ( 2 0 0 6 ) , w r i t i n g i n E d u c a t i o n T o d a y , a n a l y z e d h i g h s c h o o l e d u c a t i o n . T w o o f h i s fi n d i n g s r e l a t e d i r e c t l y t o t h i s t h e s i s . C o u r s e o f f e r i n g s a r e n o t r e fl e c t i v e o f t h e s k i l l s a n d k n o w l e d g e t h a t a r e n e e d e d i n t h e r e a l w o r l d . A n d , t h e c u r r i c u l u m h a s m a n y s t u d e n t s “ b o r e d , t u r n e d o f f . . . a n d t u n e d o u t . . . ” . H e c a l l s f o r a l a r g e v a r i e t y o f e x p e r i m e n t a l a p p r o a c h e s t o t a c k l e t h e m a j o r p r o b l e m s f a c i n g s c h o o l s r a t h e r t h a n o n e b l a n k e t s t r a t e g y h a n d e d d o w n fi ' o m t h e f e d e r a l g o v e r n m e n t . O n e s p e c i fi c s t r a t e g y h e s u g g e s t s i s t a i l o r i n g t h e b e n c h m a r k s t o t h e n e e d s o f t h e c u r r e n t j o b m a r k e t . M . P . S i l v e r r n a n ( 1 9 9 5 ) , i n a n a r t i c l e f o r t h e A m e r i c a n J o u r n a l o f P h y s i c s , s t a t e s t h a t s t u d e n t s a r e o n l y m o t i v a t e d t o l e a r n s o m e t h i n g i f i t i s t h e i r o w n c u r i o s i t y t h a t i n i t i a t e d t h e q u e s t f o r t h e k n o w l e d g e . M o s t s t u d e n t s d o n ’ t t a k e p h y s i c s b e c a u s e t h e y a r e d r i v e n b y t h e i r o w n c u r i o s i t y . T h e y u s u a l l y s i g n u p b e c a u s e i t i s a p r e r e q u i s i t e f o r t h i n g s t h e y r e a l l y d o w a n t t o d o . M a n y d o n ’ t e n t e r t h e c l a s s r o o m i n a h i g h l y m o t i v a t e d s t a t e . S i l v e r r n a n p r o p o s e s t o i n c r e a s e i n t r i n s i c m o t i v a t i o n b y h a v i n g s t u d e n t s “ l e a r n i n g p h y s i c s a n d n o t j u s t l e a r n i n g a b o u t p h y s i c s ” . H e p o i n t s o u t t h a t a l t h o u g h s c i e n c e i s b a s i c a l l y a fi e l d o f i n q u i r y , i t ’ s p r e s e n t e d i n c o u r s e s a s a s e t o f a l r e a d y - k n o w n f a c t s t o b e m e m o r i z e d . I n t r o d u c e i n q u i r y a n d c u r i o s i t y , a n d t h u s t h e m o t i v a t i o n t o l e a r n , w o u l d fl o u r i s h . L i n d a D a r b y ( 2 0 0 7 ) o b s e r v e d a s e v e n t h g r a d e c l a s s r o o m w e e k l y o v e r t h e c o u r s e o f o n e s c h o o l y e a r . A t t h e e n d o f t h e s t u d y , s h e c o n c l u d e d t h a t t h e t y p e o f s c i e n c e s t u d e n t s d o i n s c h o o l c a n ’ t b e t h e s a m e a s s c i e n c e d o n e b y r e a l r e s e a r c h e r s . T h e g o a l s o f t h e t w o a r e d i f f e r e n t . A s e d u c a t o r s , t e a c h i n g s c i e n c e c o n c e p t s t a k e s p r i o r i t y . H o w e v e r , D a r b y p o i n t s o u t t h a t l e a r n i n g t o d o s c i e n c e i n v o l v e s s k i l l s t h a t w i l l b e u s e f u l i n a w h o l e s p e c t r u m o f h u m a n a c t i v i t i e s . S t u d e n t s p r a c t i c e “ f o c u s ( i n g ) t h e i r a t t e n t i o n a n d p o w e r s o f o b s e r v a t i o n , d o i n g s o m e t h i n g w i t h r e s u l t s ” , r e c o g n i z i n g w h a t t h e q u e s t i o n i s , a n d m a k i n g u s e o f e x i s t i n g k n o w l e d g e t o i n t e r p r e t a n d u t i l i z e t h e n e w k n o w l e d g e . T h e s e s k i l l s w i l l b e v a l u a b l e w h e n “ d e a l i n g w i t h p e o p l e , n e w s i t u a t i o n s , o l d s i t u a t i o n s , t h i n k i n g r a t i o n a l l y , l o g i c a l l y a n d c r e a t i v e l y ” . T h o u g h t o f i n t h i s l i g h t , f o s t e r i n g s c i e n t i fi c t h i n k i n g i s e v e n m o r e v a l u a b l e t h a n t e a c h i n g t h e s c i e n c e c o n t e n t . A n d i f t h e s t u d e n t b e c o m e s h o o k e d o n d o i n g s c i e n c e , t h e d r i v e t o d i s c o v e r w i l l b e “ i n t r i n s i c a l l y m o t i v a t i n g ” . T h e r e i s e v i d e n c e t h a t t h e t o p i c o r t h e m e t h e i n s t r u c t o r c h o o s e s a s t h e v e h i c l e t o c o n v e y k n o w l e d g e i s i m p o r t a n t . J a m e s K u s h m a n ( 2 0 0 7 ) s t u d i e d a m i d d l e s c h o o l c l a s s r o o m t h a t w a s w o r k i n g o n a n e n d a n g e r e d S p e c i e s p r o j e c t . H e b e l i e v e s t h e p r o j e c t e x c i t e d t h e s t u d e n t s “ b e c a u s e o f c h i l d r e n ’ s n a t u r a l l o v e o f a n i m a l s a n d b e c a u s e i t w a s a t i m e l y e n v i r o n m e n t a l i s s u e ” . H e d i s c u s s e s u s i n g t h e m a t i c u n i t s a s a n e f f e c t i v e p r a c t i c e a l o n g w i t h h a v i n g p r o j e c t s t h a t r e q u i r e s k i l l s a n d k n o w l e d g e f r o m m u l t i p l e s u b j e c t s , e m p h a s i z i n g p r o b l e m s o l v i n g a n d c r e a t i v e t h i n k i n g , a n d a l l o w i n g t h e p r o j e c t s t o b e s t u d e n t - d i r e c t e d w i t h t h e t e a c h e r ’ s r o l e b e i n g t h a t o f a f a c i l i t a t o r . H o w e v e r , i f t h e t e a c h e r c h o o s e s a c u r r e n t t o p i c , l i k e m o s t e n v i r o n m e n t a l i s s u e s , t h e m a t e r i a l m u s t b e c o n t i n u a l l y u p d a t e d . S t u d i e s d o n e b y r e s e a r c h e r s b o t h i n s i d e a n d o u t s i d e t h e U n i t e d S t a t e s v o i c e t h e i m p o r t a n c e o f t e a c h i n g c o n c e p t s a n d s k i l l s t h a t w i l l h e l p s t u d e n t s g r a p p l e w i t h t h e e n v i r o n m e n t a l p r o b l e m s t h a t f a c e o u r p l a n e t . I n a p a p e r p r e s e n t e d a t t h e S i x t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o f t h e B a l k a n P h y s i c a l U n i o n , Z a l k i d a H a d z i b e g o v i c ( 2 0 0 7 ) a r g u e d t h a t i n c o u n t r i e s s u c h a s B o s n i a a n d H e r z o g o v i n a w h e r e m a n y r e f o r m s a r e o c c u r r i n g , n o w i s a g o o d t i m e t o c h a n g e p h y s i c s c u r r i c u l u m t o i n c l u d e e n v i r o n m e n t a l e d u c a t i o n w i t h t h e g o a l o f s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t d r i v i n g t h e c o n t e n t . H a d z i b e g o v i c a d m i n i s t e r e d q u e s t i o n n a i r e s t o c o l l e g e p r o f e s s o r s . D a t a i n d i c a t e d t h a t s t u d e n t s ’ i n t e r e s t i n e n v i r o n m e n t a l t o p i c s p r e s e n t e d i n p h y s i c s c l a s s e s w a s l o w , a n d t h a t t h e r e i s a n e e d f o r h i g h s c h o o l t e a c h e r s t o i m p r e s s u p o n t h e i r s t u d e n t s t h e u r g e n c y a n d i m p o r t a n c e o f s c i e n t i fi c e n d e a v o r i n t h i s fi e l d . G r a c e U m o r e n ( 2 0 0 7 ) p u b l i s h e d a s t u d y i n E d u c a t i o n a l R e s e a r c h a n d R e v i e w w h i c h i n v o l v e d 4 8 0 s e c o n d a r y s t u d e n t s fi ‘ o m s i x s c h o o l s i n N i g e r i a . O n e g r o u p f o l l o w e d a t r a d i t i o n a l s c i e n c e c u r r i c u l u m a n d t h e o t h e r a p r o g r a m c a l l e d C u r r i c u l u m i n S c i e n c e - T e c h n o l o g y — S o c i e t y . S h e p e r c e i v e d t h a t t e a c h i n g m e t h o d s u s e d w e r e a c t u a l l y p r e c l u d i n g m a n y s t u d e n t s f r o m a c a r e e r i n t h e s c i e n c e s . T h e t r a d i t i o n a l c u r r i c u l u m i s “ p o o r l y s u i t e d t o t h e i n t e l l e c t u a l d e v e l o p m e n t o f t h e m a j o r i t y o f s t u d e n t s ” a n d f u r t h e r m o r e t h e y a r e u n a b l e t o u s e t h e s c i e n c e t h e y l e a r n i n a p r a c t i c a l e v e r y d a y w a y . H e r r e c o m m e n d a t i o n s , a f t e r a n a l y s i s o f t h e q u a n t i t a t i v e d a t a , i n c l u d e m a k i n g t e c h n o l o g y a n d s o c i e t a l p r o b l e m s a n i n t e g r a l p a r t o f t h e s c i e n c e c u r r i c u l u m a n d t a k i n g c a r e t o t e a c h t h e c o n c e p t s i n a w a y t h a t s t u d e n t s s e e h o w t h e y c a n u s e t h e i n f o r m a t i o n t o i m p r o v e t h e i r o w n q u a l i t y o f l i f e a n d t h e q u a l i t y o f l i f e f o r t h e i r f a m i l i e s a n d c o m m u n i t i e s . A g r i c u l t u r e a n d m a k i n g u s e o f t h e c o u n t r y ’ s v a s t u n t a p p e d n a t u r a l r e s o u r c e s a r e t w o a r e a s i n N i g e r i a w h e r e s t u d e n t s c o u l d p u t t h e i r n e w k n o w l e d g e t o i m m e d i a t e u s e . M a n y s t u d i e s s h o w t h a t t o p i c s t h a t m o t i v a t e s t u d e n t s o f t e n h a v e t o d o w i t h r e a l l i f e i s s u e s . M . P . S i l v e r m a n ( 1 9 9 5 ) w r o t e t h a t s t u d e n t s w i l l “ d e v o u r ” i n f o r m a t i o n o n p h y s i c s t o p i c s t h a t t h e y w o u l d h a v e l a b e l e d a s b o r i n g w h e n t a u g h t t r a d i t i o n a l l y , i f t h a t i n f o r m a t i o n r e l a t e s t o a p r o j e c t t h e y h a v e c h o s e n o n t h e i r o w n . H e f o u n d t h a t s t u d e n t s w e r e e s p e c i a l l y i n t e r e s t e d i n i n v e s t i g a t i n g t o p i c s t h a t r e l a t e t o t h e i r o w n w e l l b e i n g , l i k e r a d o n e x p o s u r e . H e f u r t h e r p o i n t s o u t t h a t s t u d e n t s s i t i n s c i e n c e c l a s s e s t h i n k i n g t h e y w i l l n e v e r u s e a n y o f t h e s c i e n c e t h e y a r e b e i n g f o r c e d t o l e a r n . I n s t r u c t o r s n e e d t o w o r k h a r d a t s h o w i n g s t u d e n t s t h a t t h e s k i l l s t h e y l e a r n w h i l e d o i n g s c i e n c e w i l l b e u s e fi r l i n o t h e r a r e a s o f t h e i r l i f e . B a r b a r a C r a w f o r d , i n h e r s t u d y o f a b i o l o g y c l a s s r o o m ( 2 0 0 0 ) , d i s c l o s e d c h a r a c t e r i s t i c s t h a t s h e f e e l s a r e m o s t i m p o r t a n t f o r i n q u i r y - b a s e d l e a r n i n g . A m o n g t h e s e t h a t t h e l e a r n i n g t a k e p l a c e w i t h i n t h e c o n t e x t o f a n a u t h e n t i c r e a l w o r l d p r o b l e m t h a t r e q u i r e d t h e s t u d e n t s t o “ g r a p p l e w i t h d a t a ” . T h e p r o b l e m s t h a t t h e s e s t u d e n t s w o r k e d o n i n c l u d e d w a t e r q u a l i t y t e s t i n g o f l o c a l a q u a t i c e n v i r o n m e n t s , d e s i g n i n g a c o n s t r u c t e d w e t l a n d f o r a c o n t r a c t o r , a n d e v a l u a t i n g w i n t e r l e t t u c e s f o r a c o m m e r c i a l g r o w e r i n t h e i r c o m m u n i t y . M a n y r e s e a r c h e r s h a v e m e n t i o n e d d o i n g s c i e n c e r a t h e r t h a n j u s t l e a r n i n g a b o u t s c i e n c e . T h e N a t i o n a l R e s e a r c h C o u n c i l ( 2 0 0 8 ) , u s i n g d a t a f r o m a m u l t i t u d e o f r e c e n t s t u d i e s , r e c o m m e n d s t h a t s t u d e n t s e n g a g e i n t h e s c i e n t i fi c p r o c e s s a s t h e p r e f e r r e d m e t h o d o f l e a r n i n g t h e c o n c e p t s . T h e y b e l i e v e t h a t t e x t b o o k s t r e a t t h e t w o a s s e p a r a t e d i s c i p l i n e s a n d t h a t p r o c e s s a n d c o n t e n t s h o u l d b e j o i n e d a s o n e . S t u d e n t s n e e d t o c o n s t r u c t t h e i r o w n k n o w l e d g e a n d “ p r a c t i c e g o o d h a b i t s o f s c i e n t i fi c r e s e a r c h ” ( C h r i s t e n s e n , 1 9 9 5 ) . R o n n a T u r n e r ( e t a l , 2 0 0 7 ) i n a p a p e r p r e s e n t e d a t t h e a n n u a l m e e t i n g o f t h e A m e r i c a n E d u c a t i o n a l R e s e a r c h A s s o c i a t i o n , d i s c u s s a p r o g r a m c a l l e d “ K - 1 2 , I D o S c i e n c e ” o r “ K I D S ” . I n t h i s p r o g r a m , i n q u i r y b a s e d h a n d s - o n a c t i v i t i e s a r e a l i g n e d c l o s e l y w i t h c o n t e n t s t a n d a r d s . T h e s t u d e n t s ’ n a t u r a l c u r i o s i t y m o t i v a t e s t h e m t o l e a r n . D a t a c o l l e c t e d b y t r a i n e d c l a s s r o o m o b s e r v e r s s h o w s t h a t 8 0 % o f s t u d e n t s w e r e a c t i v e l y e n g a g e d . ( B u t t h e r e s e a r c h e r s d i d n o t s p e c i f y t h e t y p e o f e n g a g e m e n t . ) S t u d e n t s i n t h i s p r o g r a m s h o w e d g r e a t e r g a i n s i n c o n t e n t k n o w l e d g e t h a n t h o s e i n t r a d i t i o n a l p r o g r a m s . R e s e a r c h e r s f o u n d t h a t t h e c o m p o n e n t s o f t h e p r o g r a m m o s t r e s p o n s i b l e f o r e n g a g e m e n t o f s t u d e n t s w e r e t h e t e s t i n g o f h y p o t h e s e s a n d m a n i p u l a t i o n o f e q u i p m e n t . T h e T u r n e r p a p e r ( 2 0 0 7 ) n e c e s s i t a t e s a n i m p o r t a n t d i s t i n c t i o n . W h e n w e s p e a k o f e n g a g e m e n t , d o e s s i m p l y m a n i p u l a t i n g e q u i p m e n t c o u n t a s e n g a g e m e n t ? O r d o e s t h e s t u d e n t n e e d t o b e i n t e l l e c t u a l l y a c t i v e a s w e l l ? I n t h e l i t e r a t u r e , w h e n b o t h a r e i n v o l v e d t h e a c t i v i t y i s o f t e n l a b e l e d a s “ h a n d s - o n m i n d s - o n ” . L i l l i a n M c D e r m o t t ( 1 9 9 3 ) w r o t e a n a r t i c l e i n t h e A m e r i c a n J o u r n a l o f P h y s i c s t h a t a d d r e s s e s t h e h a n d s - o n m i n d s - o n i s s u e . S h e a n a l y z e d 1 5 y e a r s o f r e s e a r c h o n t h e 1 0 l e a r n i n g a n d t e a c h i n g o f p h y s i c s t h a t h a d b e e n p u b l i s h e d b y p h y s i c i s t s . T h r e e o f h e r c o n c l u s i o n s a r e e s p e c i a l l y n o t e w o r t h y . F i r s t , s h e s a y s i t i s n o t e n o u g h t o h a v e s t u d e n t s e n g a g e i n q u a n t i t a t i v e p r o b l e m s o l v i n g . Q u a l i t a t i v e a p p r o a c h e s a r e e s s e n t i a l f o r l e a r n i n g t h e c o n c e p t s . O n e e x a m p l e s h e u s e s a s e v i d e n c e i s a s t u d y o f o v e r 5 0 0 u n i v e r s i t y a n d h i g h s c h o o l s t u d e n t s t h a t c o u l d s u c c e s s f u l l y u s e O h m ’ s L a w a n d K i r c h o f f ’ s R u l e s . O n l y 1 5 % o f t h e s e s t u d e n t s c o u l d e x p l a i n w h y c e r t a i n b u l b s i n p a r a l l e l a n d s e r i e s c i r c u i t s w e r e b r i g h t e r t h a n o t h e r s . S e c o n d l y , a f t e r a c o u r s e t a u g h t b y t r a d i t i o n a l m e t h o d s , m o s t s t u d e n t s w e r e u n a b l e t o c o n n e c t w h a t t h e y h a d l e a r n e d i n c l a s s t o a n y t h i n g i n t h e i r e v e r y d a y w o r l d . S t u d e n t s n e e d l o t s o f o p p o r t u n i t i e s i n t h e c l a s s r o o m t o l e a r n t h e c o n c e p t s b y p h y s i c a l l y m a n i p u l a t i n g r e a l o b j e c t s a n d fi g u r i n g o u t h o w t h e y w o r k . T h i r d l y , f o r s t u d e n t s t o i n t e r n a l i z e c o n c e p t s , t h e s t u d e n t m u s t b e i n t e l l e c t u a l l y e n g a g e d , r e a s o n i n g t h e i r w a y t h r o u g h t h e c o n c e p t t o c o n v i n c e t h e m s e l v e s t h a t i t i s l o g i c a l a n d m a k e s s e n s e w h e n m e s h e d w i t h t h e i r e x i s t i n g k n o w l e d g e . H a v i n g a t e a c h e r t e l l t h e s t u d e n t t h e i n f o r m a t i o n , n o m a t t e r h o w s k i l l e d t h e t e a c h e r , w i l l n o t p r o d u c e t h e s a m e r e s u l t . C r a w f o r d ( 2 0 0 0 ) , i n h e r s t u d y o f a h i g h s c h o o l b i o l o g y c l a s s , b r i n g s u p a m e t h o d f o r h e l p i n g i n s u r e t h a t s t u d e n t s r e a s o n t h e i r w a y t h r o u g h a n a c t i v i t y . S h e t h i n k s t h e i n s t r u c t o r w a s s u c c e s s f u l i n h i s r o l e o f g e t t i n g s t u d e n t s c o g n i t i v e l y i n v o l v e d b y a s k i n g q u e s t i o n s w h i l e t h e s t u d e n t s w e r e e n g a g e d i n t h e a c t i v i t y . T h e q u e s t i o n s a s k e d w h a t t h e y w e r e d o i n g a n d w h y t h e y w e r e d o i n g i t o r w h y t h e y m a y h a v e g o t t e n t h e r e s u l t t h e y d i d . I n a d d i t i o n , h e q u i t e o f t e n h a d s t u d e n t s w r i t e a p a r a g r a p h a b o u t w h a t t h e y d i d a f t e r t h e c o n c l u s i o n o f t h e a c t i v i t y . 1 1 E d g a r C o r p u z a n d N . R e b e l l o ( 2 0 0 8 ) d e t a i l w a y s t o g e t s t u d e n t s i n t e l l e c t u a l l y i n v o l v e d w h i l e d o i n g h a n d s - o n a c t i v i t i e s , i n t h e i r p a p e r d i s c u s s i n g a s t u d y o f s t u d e n t s l e a r n i n g a b o u t fi i c t i o n . T h e y b e g a n w i t h a n a c t i v i t y w h e r e s t u d e n t s d r a g g e d a b l o c k a c r o s s s e v e r a l t y p e s o f s u r f a c e s , p r e d i c t i n g a h e a d o f t i m e w h i c h w o u l d p r o d u c e t h e m o s t f r i c t i o n . T h i s w a s a n e x p l o r a t i o n a c t i v i t y w h o s e g o a l w a s t o a c c e s s t h e s t u d e n t s ’ p r i o r k n o w l e d g e . S t u d e n t s w e r e i n s t r u c t e d t o w r i t e q u a l i t a t i v e a c c o u n t s o f t h e i r u n d e r s t a n d i n g o f w h a t w a s h a p p e n i n g , a s w e l l a s t o d r a w d i a g r a m s i l l u s t r a t i n g t h e q u a l i t a t i v e d e s c r i p t i o n . L a t e r , t h e s t u d e n t s p a r t i c i p a t e d i n a c t i v i t i e s w h o s e r e s u l t s d i d n o t m e s h w i t h t h e i r u n d e r s t a n d i n g o f f r i c t i o n . ( T h e m o s t fi i c t i o n r e s u l t e d f r o m t w o s m o o t h s h e e t s r a t h e r t h a n t w o r o u g h s u r f a c e s d u e t o e l e c t r i c a l a t t r a c t i o n . ) S t u d e n t s h a d t o m a k e c h a n g e s i n t h e i r o w n c o g n i t i v e m o d e l , a n d a g a i n e x p l a i n i t i n q u a l i t a t i v e s e n t e n c e s a n d l a b e l e d d i a g r a m s . W r i t i n g , d r a w i n g a n d a d j u s t i n g t h e i r b e l i e f s a l l r e q u i r e d i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t . T h e t e a c h i n g m a t e r i a l s a l s o m a d e u s e o f o p e n - e n d e d q u e s t i o n s t o b e a n s w e r e d a t c e r t a i n p o i n t s d u r i n g t h e a c t i v i t i e s t o c a u s e s t u d e n t s t o t h i n k c r i t i c a l l y a b o u t t h e i r o b s e r v a t i o n s . T h e r e w e r e t h r e e g r o u p s o f s t u d e n t s i n t h e s t u d y . O n e g r o u p l e a r n e d t h e m a t e r i a l t h r o u g h t r a d i t i o n a l l e c t u r e , o n e g r o u p b y v i d e o t a p e d l e c t u r e a n d t h e t h i r d g r o u p b y t h e a c t i v i t i e s d e s c r i b e d a b o v e . P o s t t e s t r e s u l t s s h o w e d s i g n i fi c a n t l y h i g h e r g a i n s f o r t h e g r o u p t h a t e n g a g e d i n t h e h a n d s - o n a c t i v i t i e s d e s c r i b e d a b o v e . T h e r e h a v e a l s o b e e n s t u d i e s a n d a r t i c l e s w r i t t e n , w h o s e a u t h o r s c o n c l u d e t h a t r e a l l i f e o r h a n d s - o n a c t i v i t i e s q u i t e o f t e n f a i l t o e n g a g e t h e s t u d e n t i n t e l l e c t u a l l y . A l l e n R u b y ( 2 0 0 1 ) i n a R A N D D i s s e r t a t i o n n o t e s t h a t t h e i d e a o f h a n d s - o n s c i e n c e h a s b e e n c o n t r o v e r s i a l i n t h e U n i t e d S t a t e s f o r a b o u t 1 0 0 y e a r s . D o u g l a s M o r r i s o n ( 1 9 9 7 ) , i n h i s 1 2 r e v i e w f o r S c i e n t i fi c A m e r i c a n o f A l a n C r o m e r ’ s b o o k C o n n e c t e d K n o w l e d g e : S c i e n c e , P h i l o s o p h y a n d E d u c a t i o n , r e l a t e s a s t o r y a b o u t p a r e n t s a t h i s s c h o o l . T h e p a r e n t s t h a t w e r e s c i e n t i s t s w e r e u p s e t t h a t t h e s c i e n c e c u r r i c u l u m h a d t u r n e d t o s t u d e n t s d o i n g l a b s w h e r e t h e y w e r e n o t t o l d w h a t s h o u l d h a p p e n o r w h y t h i n g s w e r e h a p p e n i n g , b u t h a d t o fi g u r e i t o u t o n t h e i r o w n . T h e y a r g u e d f o r m o r e g u i d a n c e d u r i n g s u c h a c t i v i t i e s t o i n s u r e t h e i r s t u d e n t s l e a r n e d t h e c o n c e p t s . D . H a y e s a n d h i s r e s e a r c h a s s o c i a t e s ( 2 0 0 6 ) a s s e r t t h a t d e s i g n i n g y o u r c u r r i c u l u m a r o u n d p o p u l a r c u l t u r e a s a w a y o f c o n n e c t i n g t o s t u d e n t s ’ e v e r y d a y l i f e , w h i l e p o s s i b l y i n c r e a s i n g m o t i v a t i o n , m a y n o t p r o v i d e i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t . I n a c c o r d a n c e w i t h t h i s , D a v i d Z y n g i e r ( 2 0 0 7 ) i n h i s s y m p o s i u m p a p e r o n ( R e ) c o n c e p t u a l i s i n g C o n n e c t e d n e s s a s a P e d a g o g y o f E n g a g e m e n t , c a u t i o n s t h a t a t t e m p t s t o c o n n e c t c u r r i c u l u m t o e v e r y d a y l i f e a n d f u t u r e j o b s p r o g r a m s o f t e n f a i l t o a c t i v e l y e n g a g e t h e s t u d e n t s i n a c o g n i t i v e w a y ( Z y n g i e r , 2 0 0 7 ) . A n d w o r s e , h e g o e s o n t o s a y , s o m e c a r e e r s t h e s e c u r r i c u l a p r e p a r e s t u d e n t s f o r m a y n o t e x i s t i n t h e n e a r f u t u r e o r m a y n o t h a v e o p e n i n g s a v a i l a b l e . Z y n g i e r ’ s p a p e r f o c u s e s o n t h e a t - r i s k s t u d e n t , b u t m a n y o f t h e c o n c l u s i o n s h e h a s d r a w n s e e m e q u a l l y a p p l i c a b l e t o a l l s t u d e n t s . O t h e r s t u d i e s S h o w a p o s i t i v e c o r r e l a t i o n b e t w e e n d i r e c t i n s t r u c t i o n a n d s t u d e n t l e a r n i n g a n d a n e g a t i v e c o r r e l a t i o n i f s t u d e n t s p a r t i c i p a t e d i n d i s c o v e r y a c t i v i t i e s t h a t w e r e u n g u i d e d . F o r t h e s e c a s e s , d i s c o v e r y a c t i v i t i e s w e r e o n l y s u c c e s s f u l i f s t u d e n t s w e r e fi r s t t a u g h t c o n c e p t s i n a t r a d i t i o n a l w a y , a n d t h e n p a r t i c i p a t e d i n s t r u c t u r e d a c t i v i t i e s a n d t h e n fi n a l l y w e r e g u i d e d t h r o u g h d i s c o v e r y l e a r n i n g a c t i v i t i e s ( K i r s c h n e r e t a l , 2 0 0 6 ) . 1 3 I t s e e m s t h e r o l e o f t h e t e a c h e r m a y b e p i v o t a l i n t h e s u c c e s s o r f a i l u r e o f a n a c t i v i t y t h a t i s m e a n t t o b e h a n d s - o n a n d m i n d s - o n , a n d w h e t h e r t h e a c t i v i t y m o t i v a t e s s t u d e n t s t o l e a r n . C r a w f o r d ( 2 0 0 0 ) , i n r e fl e c t i n g o n t h e i n s t r u c t o r ’ s r o l e i n a b i o l o g y c l a s s r o o m , c o n c l u d e d t h a t h a n d s - o n i n q u i r y b a s e d p r o j e c t s r e q u i r e t h e t e a c h e r t o t a k e o n a m u c h m o r e c o m p l e x r o l e t h a n t h e t r a d i t i o n a l f a c i l i t a t o r . T h i s t y p e o f i n s t r u c t i o n p l a c e s h i g h d e m a n d s o n t e a c h e r s a s f a r a s t h e l e v e l o f i n v o l v e m e n t a n d t h e n u m b e r o f “ h a t s ” h e m u s t w e a r . A n e x c e p t i o n a l l y e f f e c t i v e p a r t o f t h e r o l e i s t h a t o f s c i e n t i s t . B e f o r e a w a t e r q u a l i t y p r o j e c t , t h e t e a c h e r s a i d t o t h e c l a s s , “ I d o n ’ t r e a l l y k n o w w h a t w e ’ r e g o i n g t o fi n d o u t . I t i s r e a l l y g o i n g t o b e i n t e r e s t i n g t o g e t s o m e d a t a a n d g e t s o m e b a s e l i n e d a t a f o r c o m p a r i s o n , m i g h t j u s t g i v e u s s o m e i d e a s f o r q u e s t i o n s w e m i g h t w a n t t o a s k f u r t h e r . ” S t u d e n t s f e e l l i k e t h e y a r e r e a l l y u n c o v e r i n g s o m e t h i n g n e w . T h e i n s t r u c t o r w a s a l s o a b l e t o m o t i v a t e t h e s t u d e n t s b y b e i n g v e r y e n t h u s i a s t i c a b o u t t h e p r o j e c t h i m s e l f a n d a b o u t t h e p r o c e s s o f d o i n g s c i e n c e . H e a l s o g o t r i g h t i n t h e r e a n d d i d s c i e n c e w i t h t h e m . S t u d e n t s r e p o r t e d t h a t h i s e n t h u s i a s m “ r u b b e d o f f o n t h e m ” . T h e s t u d e n t ’ s i n C r a w f o r d ’ s s t u d y p a r t i c i p a t e d i n i n t e r v i e w s a t t h e e n d o f t h e y e a r . A l m o s t a l l o f t h e m s a i d t h e i r f a v o r i t e p a r t s o f t h e e c o l o g y u n i t w e r e t h e fi e l d w o r k a c t i v i t i e s . M o s t s t u d e n t s g a v e p o s i t i v e c o m m e n t s a b o u t t h e c h a l l e n g e o f “ g r a p p l i n g w i t h d a t a ” . T w o r a t e d t h a t a s p e c t n e g a t i v e l y , b u t o n e o f t h e t w o f o l l o w e d u p b y s a y i n g t h a t s h e w a s g l a d s h e l e a r n e d h o w t o d o q u a l i t y w o r k . M o s t n e g a t i v e c o m m e n t s f r o m s t u d e n t s c e n t e r e d a r o u n d “ t h e i r d i s c o m f o r t w i t h t h e p a c e a n d c o m p l e x i t y o f t h e w o r k . ” R e s u l t s o f t h i s s t u d y s h o w e d t h a t s t u d e n t s w e r e m o t i v a t e d b y t h e f a c t t h a t t h i s w a s r e a l r e s e a r c h , w h e r e t h e o u t c o m e s w e r e n o t k n o w n . 1 4 M o s t o f t h e r e s e a r c h v i e w e d o n t h e t o p i c s o f m o t i v a t i n g s t u d e n t s u s i n g r e a l w o r l d h a n d s - o n m i n d s - o n a c t i v i t i e s m a d e e x t e n s i v e u s e o f b o t h q u a l i t a t i v e a n d q u a n t i t a t i v e d a t a . C r a w f o r d ( 2 0 0 0 ) w h o s t u d i e d t h e h i g h s c h o o l b i o l o g y c l a s s r o o m , m a d e u s e o f q u a l i t a t i v e o b s e r v a t i o n s i n t h e f o r m o f v e r b a t i m r e s p o n s e s o f s t u d e n t s d u r i n g i n t e r v i e w s . S h e a l s o c a t e g o r i z e d h e r w r i t t e n o b s e r v a t i o n s i n t o c a t e g o r i e s o f “ c r i t i c a l i n c i d e n c e s ” a n d “ t e a c h e r a n d s t u d e n t a c t i o n s ” . M o s t o f h e r d a t a w e r e o f a q u a l i t a t i v e n a t u r e a n d s h e r e c o g n i z e d t h a t c o m m u n i c a t i n g t h i s t y p e o f d a t a w a s a d e l i c a t e b a l a n c i n g a c t b e t w e e n p r o v i d i n g e n o u g h d e t a i l t o fi r l l y d e s c r i b e t h e s c e n a r i o a n d h a p p e n i n g s , w h i l e n o t d i s t r a c t i n g f r o m t h e m a i n m e s s a g e b y h a v i n g i t b u r i e d b e n e a t h e x c e s s i v e d e t a i l . S h e f e l t i t w a s i m p o r t a n t t o u s e a l a r g e a m o u n t o f q u a l i t a t i v e d a t a t o a c c u r a t e l y p o r t r a y t h e c o m p l e x i t y o f t h e c l a s s r o o m . A l t e r n a t i v e e n e r g y i s t h e c u r r e n t r e a l l i f e i s s u e t h a t t h i s t h e s i s a t t e m p t s t o u s e a s t h e v e h i c l e f o r m o t i v a t i n g s t u d e n t s a n d t e a c h i n g p h y s i c s b e n c h m a r k s . T h i s t o p i c i s b e i n g t a u g h t a t t h e p o s t - s e c o n d a r y l e v e l . T w o e x a m p l e s a r e L a n s i n g C o m m u n i t y C o l l e g e a n d I n d i a n a U n i v e r s i t y . L a n s i n g C o m m u n i t y C o l l e g e h a s s e v e r a l c o u r s e s i n t h i s c a t e g o r y , o n e e x a m p l e b e i n g a c l a s s o n g e o t h e r m a l s y s t e m s t a u g h t b y G a r y D a n n e m i l l e r . I n d i a n a U n i v e r s i t y o f f e r s a n u n d e r g r a d u a t e c o u r s e c a l l e d E n v i r o n m e n t a l P h y s i c s P 3 1 0 ( I n d i a n a U n i v e r s i t y , 2 0 0 8 ) . T h e i r c o u r s e d e s c r i p t i o n s t a t e s “ . . . t h i s c o u r s e p r o v i d e s a w e a l t h o f a p p l i c a t i o n s o f t h e t h e o r e t i c a l l a w s o f p h y s i c s t o ( t h e ) v e r y r e a l a n d d e m a n d i n g p r o b l e m s o f t h e e n v i r o n m e n t . ” I t i s a n i n t e r d i s c i p l i n a r y c o u r s e w h i c h i n v e s t i g a t e s f o u r a r e a s : I d e n t i fi c a t i o n o f e n e r g y r e s o u r c e s , e n e r g y c o n v e r s i o n p r o c e s s e s , e n e r g y u t i l i z a t i o n a n d e n v i r o n m e n t a l c o n s e q u e n c e s o f e n e r g y u s e . 1 5 T e a c h i n g o f a l t e r n a t i v e e n e r g y c o n c e p t s p r i o r t o t h e p o s t s e c o n d a r y l e v e l s e e m s t o b e m o s t c o m m o n a t t h e m i d d l e s c h o o l l e v e l a s w e l l a s i n h i g h s c h o o l b i o l o g y a n d e n v i r o n m e n t a l s c i e n c e c l a s s e s . W i t h a l a c k o f l i t e r a t u r e o n t e a c h i n g t h e p h y s i c s o f a l t e r n a t i v e e n e r g y a t t h e h i g h s c h o o l l e v e l , e s p e c i a l l y i n a n a c t i v i t y - b a s e d w a y , i t s e e m s t h a t t h e n e x t s t e p w o u l d b e t o i n s t i t u t e p r o g r a m s a t t h a t l e v e l . I f w e c o u l d m o v e t h i s s o r t o f c u r r i c u l u m i n t o h i g h s c h o o l s p e r h a p s s t u d e n t s w o u l d b e m o r e l i k e l y t o c h o o s e t o p u r s u e a s c i e n c e p r o g r a m i n c o l l e g e . A n d i t w o u l d a l l o w f o r m o r e r i g o r e a r l i e r i n t h e u n i v e r s i t y p r o g r a m . 1 6 S T U D Y P O P U L A T I O N : D E M O G R A P H I C S A N D C O N D I T I O N S A s o f O c t o b e r 2 0 0 7 , O w o s s o M i c h i g a n h a d a p o p u l a t i o n o f 4 , 6 7 0 . T h e m e d i a n h o u s e h o l d i n c o m e w a s $ 3 2 , 5 7 6 . S e v e n a n d o n e - h a l f p e r c e n t o f t h e w o r k f o r c e w a s u n e m p l o y e d . E i g h t y o n e p e r c e n t o f t h e a d u l t s h a v e a h i g h s c h o o l d i p l o m a . T w e n t y t w o p e r c e n t o f t h o s e h i g h s c h o o l g r a d u a t e s a l s o h o l d a s s o c i a t e d e g r e e s a n d 1 9 % h a v e b a c h e l o r d e g r e e s . M o s t o f t h e h o m e s ( 6 6 % ) h a v e p r i c e r a n g e s b e t w e e n $ 5 0 , 0 0 0 a n d $ 9 9 , 0 0 0 . T h e t o w n h a s fi v e p r i v a t e s c h o o l s , fi v e p u b l i c e l e m e n t a r y s c h o o l s , o n e p u b l i c m i d d l e s c h o o l a n d o n e p u b l i c h i g h s c h o o l . I t a l s o h a s a p u b l i c a l t e r n a t i v e h i g h s c h o o l c a l l e d L i n c o l n ( N a t i o n a l R e l o c a t i o n , 2 0 0 7 ) . O w o s s o H i g h S c h o o l , w h i c h h o u s e s g r a d e s 9 t h r o u g h 1 2 , h a d a n e n r o l l m e n t o f 1 3 2 0 i n t h e f a l l o f 2 0 0 7 . T w e n t y s e v e n p e r c e n t o f t h e s e s t u d e n t s w e r e c a t e g o r i z e d a s e c o n o m i c a l l y d i s a d v a n t a g e d , 6 9 . 6 % w e r e p r o fi c i e n t i n r e a d i n g a n d 5 0 . 6 % p r o fi c i e n t i n m a t h ( S c h o o l M a t t e r s , 2 0 0 7 ) . T h e s t u d y d e s c r i b e d i n t h i s t h e s i s t o o k p l a c e i n t h e o n l y p h y s i c s c l a s s a t O w o s s o H i g h S c h o o l . T h e r e w e r e 1 3 s t u d e n t s i n t h e c l a s s a t t h e b e g i n n i n g o f t h e s c h o o l y e a r : s i x f e m a l e s a n d 7 m a l e s . B y t h e t i m e t h e u n i t s f o r t h i s r e s e a r c h b e g a n , o n e f e m a l e h a d d r o p p e d a n d o n e m a l e a d d e d t h e c l a s s . T h i s r e s u l t e d i n a c l a s s o f fi v e f e m a l e s a n d e i g h t m a l e s . E l e v e n o f t h e s t u d e n t s w e r e u n f a m i l i a r t o t h e i n s t r u c t o r , n e v e r h a v i n g h a d t h e m a s s t u d e n t s b e f o r e . T w o o f t h e m a l e s t u d e n t s w e r e s t u d e n t s f r o m a n a s t r o n o m y / m e t e o r o l o g y c l a s s t h a t t h e i n s t r u c t o r t a u g h t p r e v i o u s l y . P a r t w a y t h r o u g h t h e t h e s i s u n i t s t h e c l a s s s i z e d r o p p e d t o 1 2 . S e v e r a l w e e k s i n t o t h e s c h o o l y e a r , a n d b e f o r e t h e t h e s i s u n i t s b e g a n , i t b e c a m e c l e a r t h a t t h e a c a d e m i c p e r f o r m a n c e o f t h i s g r o u p o f s t u d e n t s w a s l o w e r t h a n p r e v i o u s 1 7 y e a r s ’ p h y s i c s c l a s s e s . A n a n a l y s i s o f t h e s t u d e n t s ’ c o u r s e h i s t o r y r e c o r d s s h o w e d a n a v e r a g e m a t h g r a d e o f B f o r t h e p r e v i o u s s c h o o l y e a r . S o m e h a d t a k e n g e o m e t r y a n d s o m e h a d t a k e n a l g e b r a 2 . T h e a v e r a g e c h e m i s t r y g r a d e w a s a l s o a B . T h e a v e r a g e o v e r a l l g r a d e p o i n t a v e r a g e h o w e v e r , w a s 3 . 3 6 w h i c h i s n o t f a r b e l o w t h e 3 . 5 0 a v e r a g e I o f t e n s e e i n m y p h y s i c s c l a s s e s . H o w e v e r , p h y s i c s s t u d e n t s n o r m a l l y h a v e m a t h a n d s c i e n c e g r a d e s a v e r a g i n g a t l e a s t B + . T h i s p a r t i c u l a r c l a s s m e t f o r o n e h o u r fi v e d a y s p e r w e e k . T h e s c h o o l d a y c o n s i s t e d o f s i x o n e - h o u r c l a s s e s . T h e s c h o o l y e a r w a s d i v i d e d i n t o t w o s e m e s t e r s o f t w o m a r k i n g p e r i o d s e a c h . T h e i n s t r u c t o r w a s i n h e r e i g h t h y e a r o f t e a c h i n g a n d t h i s y e a r s h e t a u g h t C h e m i s t r y a n d E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a s w e l l a s P h y s i c s . T h e s e w e r e t a u g h t i n a f a i r l y h a n d s - o n m a n n e r , s o t h e r o o m w a s o f t e n c r o w d e d w i t h e q u i p m e n t . T h e r e w e r e n o l a b a i d e s t h i s y e a r r e s u l t i n g i n l e s s i n s t r u c t i o n t i m e f o r s t u d e n t s a n d l e s s p l a n n i n g t i m e f o r t h e i n s t r u c t o r a s b o t h t h e i n s t r u c t o r a n d s t u d e n t s a s s u m e d l a b a i d e d u t i e s . 1 8 S C I E N C E C O N C E P T S A D D R E S S E D I N T H E S E U N I T S T H E R M O D Y N A M I C S A N D O P T I C S T h e r m o d y n a m i c s i s t h e s t u d y o f c h a n g e s i n h e a t , t h e r m a l e n e r g y a n d t e m p e r a t u r e . S t u d e n t s o f t e n c o n f u s e t h e t h r e e t e r m s . H e a t i s t h e t r a n s f e r o f e n e r g y a s a r e s u l t o f d i f f e r e n c e s i n t e m p e r a t u r e w h e r e t e m p e r a t u r e i s a m e a s u r e o f t h e a v e r a g e k i n e t i c e n e r g y o f t h e p a r t i c l e s t h a t m a k e u p a n o b j e c t . T h e r m a l e n e r g y i s t h e t o t a l p o t e n t i a l a n d k i n e t i c e n e r g y o f a l l o f t h e p a r t i c l e s t h a t m a k e u p a n o b j e c t . T h e r e f o r e , t h e r m a l e n e r g y i s d e p e n d e n t u p o n s i z e o f t h e o b j e c t . T w o o b j e c t s m a d e o f t h e s a m e s u b s t a n c e , h a v i n g t h e s a m e t e m p e r a t u r e w i l l n o t c o n t a i n t h e s a m e a m o u n t o f t h e r m a l e n e r g y . T h e l a r g e r o n e w i l l c o n t a i n m o r e t h e r m a l e n e r g y a s i t c o n t a i n s m o r e p a r t i c l e s . H e a t c a p a c i t y i s a m e a s u r e o f h o w m u c h e n e r g y i t t a k e s t o r a i s e t h e t e m p e r a t u r e o f a n o b j e c t . D i f f e r e n t s u b s t a n c e s h a v e d i f f e r e n t h e a t c a p a c i t i e s . W a t e r h a s a v e r y h i g h h e a t c a p a c i t y d u e t o h y d r o g e n b o n d i n g . I t t a k e s a l o t o f e n e r g y t o r a i s e t h e t e m p e r a t u r e o f w a t e r . B e c a u s e o f t h i s , w a t e r i s a n e f f e c t i v e h e a t s i n k a n d i s o f t e n u s e d i n s o l a r e n e r g y s y s t e m s . A r e l a t i v e l y s m a l l a m o u n t o f w a t e r c a n a b s o r b a l a r g e a m o u n t o f h e a t t h r o u g h o u t t h e d a y , a n d t h e n t h a t h e a t i s s l o w l y r e l e a s e d h e a t i n g i t s s u r r o u n d i n g s . W h e n t w o o b j e c t s o f d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s c o m e i n t o c o n t a c t , h e a t w i l l fl o w f r o m t h e w a r m e r o b j e c t t o t h e c o o l e r o n e u n t i l b o t h a r e t h e s a m e t e m p e r a t u r e . A t t h i s p o i n t t h e r e w i l l b e a s m u c h h e a t fl o w i n g f r o m o b j e c t A i n t o o b j e c t B a s t h e r e i s f r o m B t o A . T h e o b j e c t s h a v e r e a c h e d t h e r m a l e q u i l i b r i u m . T h i s fi n a l t e m p e r a t u r e d e p e n d s u p o n t h e m a s s o f t h e o b j e c t s a n d t h e i r s p e c i fi c h e a t c a p a c i t i e s . S o l a r h o t w a t e r s y s t e m s u s e t h i s c o n c e p t . T h e t h e r m a l e n e r g y w i t h i n a c l o s e d , i s o l a t e d s y s t e m i s c o n s e r v e d . D o i n g w o r k o n t h e s y s t e m o r a d d i n g h e a t t o t h e s y s t e m , w i l l r e s u l t i n a c o r r e s p o n d i n g g a i n i n t h e r m a l e n e r g y 1 9 w i t h i n t h e s y s t e m . T h e o n l y s p o n t a n e o u s c h a n g e s w h i c h w i l l o c c u r i n t h e s y s t e m a r e t h o s e w h i c h r e s u l t i n g r e a t e r e n t r o p y f o r t h e s y s t e m a s a w h o l e . T h e s e l a w s g o v e r n t h e w o r k i n g s o f h e a t e n g i n e s . T h e o p t i c s c o n c e p t s u s e d i n t h i s u n i t c e n t e r a r o u n d t h e r e l a t i v e p r o p e r t i e s o f t h e v a r i o u s e l e c t r o m a g n e t i c w a v e s . T h e c o m p o s i t i o n o f a n o b j e c t d i c t a t e s w h e t h e r i n c o m i n g r a d i a t i o n w i l l b e t r a n s m i t t e d , r e fl e c t e d o r a b s o r b e d . A n o b j e c t w i l l a b s o r b f r e q u e n c i e s t h a t m a t c h t h e n a t u r a l f r e q u e n c y o f t h e a t o m s i n t h e m a t e r i a l . T h e b r o a d e r t h e r a n g e o f t h e fi e q u e n c i e s t h a t c a n b e a b s o r b e d b y t h e a b s o r b i n g m a t e r i a l i n a s o l a r h e a t i n g s y s t e m t h e b e t t e r , a s t h e y a r e r a d i a t e d b a c k o u t a s i n f r a r e d ( h e a t ) . M a t e r i a l s t h a t a r e n o t t r a n s p a r e n t t o i n f r a r e d w a v e s a r e t h e n u s e d t o t r a p t h e h e a t t h a t w a s r a d i a t e d . E L E C T R I C I T Y F u e l c e l l s a n d b a t t e r i e s g e n e r a t e e l e c t r i c i t y b y c o n v e r t i n g c h e m i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . U n l i k e t h e b a t t e r y , t h e r e a c t a n t s i n a f u e l c e l l c o n t i n u a l l y e n t e r t h e c e l l f r o m o u t s i d e . I f e l e c t r i c i t y i s s u p p l i e d t o s u c h a s y s t e m t h e r e a c t i o n w i l l r u n i n t h e n o n - s p o n t a n e o u s d i r e c t i o n p r o d u c i n g c h e m i c a l e n e r g y . P h o t o v o l t a i c c e l l s c o n v e r t l i g h t e n e r g y t o e l e c t r i c i t y . F r e e e l e c t r o n s f r o m a n n - t y p e m a t e r i a l s u c h a s p h o s p h o r u s , s p o n t a n e o u s l y m o v e t o a p - t y p e m a t e r i a l s u c h a s b o r o n , o n a n a d j a c e n t p l a t e . I n c o m i n g p h o t o n s k n o c k t h e e l e c t r o n b a c k o n t o t h e n - t y p e p l a t e v i a t h e p h o t o e l e c t r i c e f f e c t . T h e e l e c t r o n s c a n t h e n t r a v e l o n a n e x t e r n a l c i r c u i t t o m a k e t h e i r w a y b a c k t o t h e p — t y p e p l a t e . T h i s fl o w o f c h a r g e d p a r t i c l e s r e q u i r e s a n u n b r o k e n p a t h o f c o n d u c t i n g m a t e r i a l , a s o u r c e o f e l e c t r o n s a n d a d i f f e r e n c e i n p o t e n t i a l t o c a u s e t h e c h a r g e s t o m o v e . A s c h a r g e d p a r t i c l e s m o v e t h r o u g h a n y m a t e r i a l t h e y e n c o u n t e r t h e p a r t i c l e s o f t h e m a t e r i a l . 2 0 T h e fi i c t i o n f r o m t h e e n c o u n t e r s r e l e a s e s h e a t a n d l i g h t a n d r e s i s t s t h e fl o w o f c h a r g e s . T h e e l e m e n t s i n h e a t e r s , t o a s t e r s a n d t h e fi l a m e n t s i n l i g h t b u l b s w o r k u n d e r t h i s p r i n c i p l e . C u r r e n t c a n b e c o n t r o l l e d i n b o t h s e r i e s ( o n e p a t h ) a n d p a r a l l e l ( m u l t i p l e p a t h ) c i r c u i t s b y v a r y i n g t h e r e s i s t a n c e o r t h e v o l t a g e . I n a p a r a l l e l c i r c u i t , c h a r g e s c a n s t i l l fl o w i f o n e o f t h e p a t h s d e v e l o p s a b r e a k , a s w i t h a b r o k e n fi l a m e n t o f a b u m e d o u t b u l b , a s t h e y h a v e m o r e t h a n o n e p o s s i b l e r o u t e b a c k . 2 1 I M P L E M E N T A T I O N D E S C R I P T I O N O F U N I T S T w o u n i t s b a s e d o n a l t e r n a t i v e e n e r g y w e r e u s e d t o i n v e s t i g a t e w h e t h e r s t u d e n t s w o u l d b e m o t i v a t e d a n d l e a r n c o n t e n t b y d o i n g s c i e n c e r e l a t e d t o c h a l l e n g e s t h a t t h e w o r l d i s c u r r e n t l y f a c i n g . T h e u n i t s a d d r e s s e d t h e b e n c h m a r k s f o r t h e r m o d y n a m i c s , s o m e o p t i c s a n d e l e c t r i c i t y . R e v i e w o f t h e c u r r e n t b e n c h m a r k s f o r P h y s i c s i s s u e d b y t h e S t a t e o f M i c h i g a n i n d i c a t e s t h a t t h o s e w o u l d b e t h e b e s t fi t . I n t h e t h e r m o d y n a m i c s u n i t w e f o c u s e d o n s o l a r h o t w a t e r s y s t e m s , h e a t i n g a i r s p a c e s w i t h s o l a r e n e r g y , g e o t h e r m a l h e a t p u m p s a n d S t i r l i n g e n g i n e s a s t h e y r e l a t e t o s o l a r e n e r g y . T h e h o t w a t e r s y s t e m w e f o c u s e d o n w a s t h e c l o s e d - l o o p a n t i f r e e z e s y s t e m m o s t c o m m o n l y u s e d i n M i c h i g a n . P a s s i v e s o l a r h e a t i n g o f a i r s p a c e s i n v o l v e s a s p e c t s o f o p t i c s s o s o m e o f t h e o p t i c s b e n c h m a r k s w e r e a d d r e s s e d i n t h e t h e r m o d y n a m i c s u n i t . T h e e l e c t r i c i t y u n i t i n c l u d e d s u c h a l t e r n a t i v e e n e r g y s y s t e m s a s p h o t o v o l t a i c c e l l s , f u e l c e l l s a n d b a t t e r i e s t h a t p o w e r h y b r i d a n d e l e c t r i c p l u g - i n v e h i c l e s , w h i c h n e c e s s i t a t e d t e a c h i n g e l e c t r o c h e m i s t r y . M a n y o f t h e s e t o p i c s a s w e l l a s s o m e o f t h e t o p i c s o n o p t i c s d o n o t a p p e a r i n t h e p h y s i c s b e n c h m a r k s , b u t a r e e s s e n t i a l t o u n d e r s t a n d i n g t h e s e s y s t e m s . B o t h u n i t s i n c l u d e d s c i e n t i fi c i n q u i r y b e n c h m a r k s . I n t h e t h e r m o d y n a m i c s u n i t , s t u d e n t s d e s i g n e d t h e i r o w n r e s e a r c h p r o j e c t s a n d p o s t e d t h e i r r e s u l t s o n t h e W o r l d W i d e W e b . B e c a u s e t h e s e u n i t s w e r e p a r t o f a t h e s i s p r o j e c t t h a t n e e d e d t o b e c o m p l e t e d b y t h e l a s t d a y o f s c h o o l , t h e u n i t s w e r e n o t t a u g h t a t t h e s a m e p o i n t i n t h e s e q u e n c e t h a t t h e y n o r m a l l y o c c u r . T h e r m o d y n a m i c s w a s t h e s e c o n d u n i t t h i s y e a r a n d e l e c t r i c i t y t h e t h i r d . B o t h n o r m a l l y f a l l i n t o s e c o n d s e m e s t e r . T h e e l e c t r i c i t y u n i t d o e s n o t b u i l d fi ' o m o t h e r u n i t s , s o t h e s e q u e n c i n g o f t h a t w a s n o t a n i s s u e . T h e t h e r m o d y n a m i c s u n i t i s n o r m a l l y 2 2 p r e c e d e d b y u n i t s o n w o r k a n d e n e r g y . C a r e h a d t o b e t a k e n t o i n s u r e t h a t s t u d e n t s w e r e g i v e n t h e p r e r e q u i s i t e i n f o r m a t i o n . T h e s u m m e r o f 2 0 0 7 , b e f o r e t h e u n i t s w e r e t o b e t a u g h t , w a s s p e n t r e s e a r c h i n g d e t a i l s o f t h e v a r i o u s a l t e r n a t i v e e n e r g y s y s t e m s , t h e i r p h y s i c a l s t r u c t u r e , f u n c t i o n o f t h e i r v a r i o u s c o m p o n e n t s , p h y s i c s c o n c e p t s w h i c h e x p l a i n t h e f u n c t i o n s , m a t h e m a t i c a l d e s c r i p t i o n s o f t h e p h y s i c s , a n d c u r r e n t r e s e a r c h t h a t i s b e i n g c a r r i e d o u t t o i m p r o v e t h e s y s t e m s . T i m e w a s a l s o s p e n t b u i l d i n g s o l a r c o l l e c t o r s a n d p h o t o v o l t a i c c e l l s a s w e l l a s d e v e l o p i n g l a b s , d e m o n s t r a t i o n s a n d a c t i v i t i e s t h a t i n c o r p o r a t e a l t e r n a t i v e e n e r g y o r i l l u s t r a t e b a s i c p h y s i c s o r e l e c t r o c h e m i c a l c o n c e p t s n e e d e d t o f u l l y u n d e r s t a n d t h e a l t e r n a t i v e e n e r g y s y s t e m s . I k e p t t h e s t u d e n t s ’ i n t e r e s t i n m i n d t h r o u g h o u t . W r i t i n g i n s t r u m e n t s t o a s s e s s t h e s t u d e n t s ’ m a s t e r y o f b e n c h m a r k s a s w e l l a s t o c o l l e c t d a t a f o r e v a l u a t i n g t h e t h e s i s t o o k u p t h e r e m a i n d e r o f t h e t i m e . A s s e s s m e n t i n s t r u m e n t s i n c l u d e d p r e t e s t s , p o s t t e s t s , p o s t s u r v e y s , s t u d e n t - g e n e r a t e d e n g a g e m e n t r e p o r t s , a h o m e w o r k a s s i g n m e n t a n d p o s t l a b q u e s t i o n s . A l l a s s e s s m e n t s c a n b e f o u n d i n A p p e n d i x H 1 . 2 3 D E S C R I P T I O N O F A C T I V I T I E S A c t i v i t i e s f o r u s e i n t h e a l t e r n a t i v e e n e r g y u n i t s o f T h e r m o d y n a m i c s a n d E l e c t r i c i t y a r e p a r t o f a h i g h s c h o o l c o l l e g e p r e p c o u r s e i n p h y s i c s a n d s u p p o r t t h e M i c h i g a n D e p a r t m e n t o f E d u c a t i o n ’ s O c t o b e r 2 0 0 6 b e n c h m a r k s . P l e a s e c o n s u l t A p p e n d i x I A a n d I B f o r a l i s t o f b e n c h m a r k s a d d r e s s e d b y e a c h a c t i v i t y . T h e r e w e r e 1 2 s t u d e n t s i n t h e c l a s s t h e y e a r t h e s e a c t i v i t i e s w e r e p i l o t e d . D E S C R I P T I O N O F T H E R M O D Y N A M I C S A C T I V I T I E S T h e b e n c h m a r k s a d d r e s s e d b y e a c h a c t i v i t y i n t h e t h e r m o d y n a m i c s u n i t c a n b e f o u n d i n A p p e n d i x I A , t h e l e s s o n p l a n o u t l i n e i n A p p e n d i x I C a n d c o m m e n t a r y o n t h e l e s s o n p l a n s c h e d u l e i n A p p e n d i x I D . T h e T h e r m o d y n a m i c s u n i t i n c l u d e s s o m e o p t i c s c o n c e p t s , w h i c h a r e r e fl e c t e d i n t h e l i s t o f b e n c h m a r k s . B e l o w i s a c h r o n o l o g i c a l l i s t i n g o f t h e m a j o r a c t i v i t i e s . D a t e ( s ) i n T h e r m o d y n a m i c s A c t i v i t y 2 0 0 7 9 / 2 6 H o m e w o r k Q u e s t i o n s t o A c c o m p a n y “ S o l a r H o t W a t e r : A P r i m e r ” 9 / 2 7 — 1 0 / 1 9 S t u d y G u i d e 9 / 2 8 , 1 0 / 3 , 1 0 / 4 S p e c i fi c H e a t L a b 1 0 / 2 F o u r A r t i c l e s o n A b s o r b a n c e a n d S o l a r H e a t i n g 1 0 / 2 — 1 0 / 8 A b s o r b a n c e a n d E m i s s i o n L a b 1 0 / 1 0 B o i l i n g W a t e r L a b 1 0 / 1 2 Q u e s t i o n s t o A c c o m p a n y “ S u n C a t c h e r s T u n e d t o C r a n k O u t t h e J u i c e ” 1 0 / 1 2 B u i l d i n g a S t i r l i n g E n g i n e ( E x t r a C r e d i t ) 1 0 / 1 2 — 1 0 / 1 6 P a y o f f T i m e H o m e w o r k 1 0 / 1 5 B u i l d i n g R o c k e t s ( T i n y H e a t E n g i n e s ) 1 0 / 1 5 , 1 0 / 1 6 “ H o w D o e s I t W o r k ? ” F o l l o w - U p Q u e s t i o n s o n R o c k e t s 1 0 / 1 6 — 1 0 / 2 9 D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r E x p e r i m e n t T a b l e 1 D a t e s o f T h e r m o d y n a m i c s A c t i v i t i e s 2 4 T h e S t u d y G u i d e f o r t h e T h e r m o d y n a m i c s U n i t ( s t u d e n t v e r s i o n A p p e n d i x H A , t e a c h e r k e y A p p e n d i x H B , c o m m e n t a r y A p p e n d i x I I C ) w a s d i v i d e d i n t o fi v e s e c t i o n s : r e s o u r c e s , v o c a b u l a r y , l a b e l e d d r a w i n g s , c a l c u l a t i o n s a n d r e s e a r c h . T h e s t u d e n t s fi l l e d i n t h e g u i d e g r a d u a l l y o v e r t h e c o u r s e o f t h e u n i t a s t h e v a r i o u s c o n c e p t s w e r e e n c o u n t e r e d . F o r t h e v o c a b u l a r y t e r m s , I s o m e t i m e s t o l d t h e s t u d e n t s w h a t t o w r i t e i n f o r t h e d e fi n i t i o n s . O t h e r t i m e s t h e s t u d e n t s w o u l d w r i t e t h e m i n a n d t h e n w e w e n t o v e r t h e m a s a c l a s s t o b e s u r e t h e y h a d n ’ t o m i t t e d a k e y a s p e c t o r i m p o r t a n t d i s t i n c t i o n . T h e l a b e l e d d i a g r a m s r e c e i v e d t h e m o s t e m p h a s i s . F o r m s f o r a c t i v i t i e s o t h e r t h a n s t u d y g u i d e s c a n b e f o u n d i n a p p e n d i x I V w h i c h c o n t a i n s b l a n k s t u d e n t f o r m s , t e a c h e r k e y s , a n d c o m p l e t e c o m m e n t a r y o f h o w t h e a c t i v i t y w e n t w i t h s u g g e s t i o n s f o r t e a c h e r s i n t e r e s t e d i n i m p l e m e n t i n g t h e a c t i v i t y i n t h e i r c l a s s r o o m . T h e r e a r e w e b a d d r e s s e s f o r t h e a r t i c l e s a n d p h o t o s f o r s o m e o f t h e a c t i v i t i e s . S o l a r H o t W a t e r : A P r i m e r ( A p p e n d i x I V A ) i s a n a r t i c l e a v a i l a b l e o n t h e W o r l d W i d e W e b p u t o u t b y t h e A r i z o n a S o l a r C e n t e r . I u s e d i t a s a n i n t r o d u c t i o n t o t h e r m o d y n a m i c s a s i t i s c o n c i s e a n d e a s y t o r e a d , a n d c o n t a i n s d i a g r a m s t h a t i l l u s t r a t e t h e c o n c e p t s . S o l a r h o t w a t e r s y s t e m s i n c o r p o r a t e a m u l t i t u d e o f t h e r m o d y n a m i c s a n d o p t i c s b e n c h m a r k s a n d a r e c u r r e n t l y t h e m o s t c o s t e f f e c t i v e a l t e r n a t i v e e n e r g y s y s t e m . S t u d e n t s r e a d t h e a r t i c l e s a n d a n s w e r e d q u e s t i o n s t h a t e m p h a s i z e d e n e r g y c o n s e r v a t i o n a n d t h e c o n n e c t i o n t o t h e c l i m a t e i n M i c h i g a n . I n t h e S p e c i fi c H e a t L a b ( A p p e n d i x I V B ) s t u d e n t s t e s t e d v a r i o u s l i q u i d s t o s e e w h i c h i s b e s t s u i t e d f o r u s e i n t h e m a n i f o l d o f a s o l a r c o l l e c t o r . T h e l a b p r o v i d e s a n o p p o r t u n i t y f o r p r a c t i c e w i t h s c i e n t i fi c i n q u i r y s k i l l s a n d a d d r e s s e s t h e c o n t e n t i n q u a l i t a t i v e m a n n e r . 2 5 I t a l s o i n c l u d e s m a t h e m a t i c a l c a l c u l a t i o n s . S t u d e n t s m u s t e n g a g e i n c r i t i c a l t h i n k i n g t o a n s w e r t h e q u e s t i o n s p o s e d i n t h e l a b . T h e f o u r a r t i c l e s o n a b s o r b a n c e a n d s o l a r h e a t i n g ( A p p e n d i x I V C ) w e r e t o s e r v e a s a n i n t r o d u c t i o n t o t h e t o p i c , a n d a l s o t o e x p o s e s t u d e n t s t o d i f f e r e n t t y p e s o f w r i t i n g . T w o o f t h e a r t i c l e s w e r e w r i t t e n f o r t h e g e n e r a l p u b l i c , o n e i s a j o u r n a l a r t i c l e a n d t h e f o u r t h i s a p a t e n t a b s t r a c t . A l l f o u r w e r e f o u n d o n t h e W o r l d W i d e W e b . W e b a d d r e s s e s f o r t h e a r t i c l e s c a n b e f o u n d i n a p p e n d i x I V . S t u d e n t s w e r e a s k e d t o s k i m t h e a r t i c l e s , h i g h l i g h t i n g p a r t s t h e y f o u n d i n t e r e s t i n g o r f e l t w e r e i m p o r t a n t . A s a c l a s s w e d i s c u s s e d t h o s e p a r t s . I n t h e A b s o r b a n c e a n d E m i s s i o n L e m ( A p p e n d i x I V D ) s t u d e n t s i n v e s t i g a t e d m a t e r i a l s t h a t c o u l d w o r k w e l l a s a b s o r b e r s f o r u s e i n s o l a r s p a c e h e a t i n g . T h e i n i t i a l p o r t i o n o f t h e l a b r e v i e w s t h e e l e c t r o m a g n e t i c s p e c t r u m a n d r e l a t e s t h e p r o p e r t i e s o f t h e v a r i o u s w a v e l e n g t h s t o t h e i r b e h a v i o r i n a r o o m h e a t e d b y s o l a r r a d i a t i o n . T h e m e a t o f t h i s s e c t i o n i s a v e r y d e t a i l e d l a b e l e d d r a w i n g . Q u e s t i o n s i n t h e l a b g u i d e s t u d e n t s t h r o u g h t h e a n a l y t i c a l p r o c e s s o f c h o o s i n g s u i t a b l e m a t e r i a l s t o t e s t , a s w e l l a s e l i m i n a t i n g u n w a n t e d v a r i a b l e s . A s t h i s w a s t h e i r fi r s t m a j o r l a b , t h e a n a l y s i s a n d c o n c l u s i o n s e c t i o n s g i v e s p e c i fi c d i r e c t i o n a s t o w h a t t h e s t u d e n t s h o u l d i n c l u d e . D i r e c t i o n s f o r t h e B o i l i n g i V a t a L e g ( A p p e n d i x I V E ) a r e s o s h o r t a n d s i m p l e t h a t t h e y w e r e d i s p l a y e d o n t h e o v e r h e a d p r o j e c t o r . S t u d e n t s h e a t e d w a t e r o n a h o t p l a t e , r e c o r d i n g t h e t e m p e r a t u r e e v e r y o n e m i n u t e u n t i l t h e w a t e r h a d b e e n b o i l i n g f o r t h r e e m i n u t e s . M i s c o n c e p t i o n s w e r e e v i d e n t i n a r g u m e n t s o v e r w h e t h e r t h e w a t e r w a s b o i l i n g . S t u d e n t s p l o t t e d t h e d a t a o n a l i n e g r a p h . W e d i s c u s s e d t h e m e a n i n g o f t h e g r a p h ’ s s h a p e . 2 6 T h e a r t i c l e S u n C a t c h e r s T u n e d t o C r a n k o u t t h e J u i c e ( A p p e n d i x I V F ) d e s c r i b e s S t i r l i n g e n g i n e s w h o s e s o u r c e o f h e a t f o r t h e h o t r e s e r v o i r i s s o l a r r a d i a t i o n . R e a d i n g t h e a r t i c l e r e q u i r e d s t u d e n t s t o t h i n k h a r d , b u t a n s w e r s t o t h e q u e s t i o n s w e r e i n t h e t e x t . T h i s a r t i c l e w a s c h o s e n a s a n i n t r o d u c t i o n t o S t i r l i n g e n g i n e s b e c a u s e i t d e m o n s t r a t e s t h a t t h e y a r e c u r r e n t l y b e i n g d e v e l o p e d a s a m e a n s t o g e n e r a t e e l e c t r i c i t y i n t h e U n i t e d S t a t e s . B u i l d i n g a S t i r l i n g E n g i g e ( A p p e n d i x I V G ) w a s o f f e r e d a s a n e x t r a c r e d i t o p t i o n . S t u d e n t s d i d t h e p r o j e c t a t h o m e a n d t h e n p r e s e n t e d i t t o t h e c l a s s . T h e r u b r i c w a s d i s p l a y e d o n t h e o v e r h e a d p r o j e c t o r a n d t h o s e s t u d e n t s t h a t w e r e i n t e r e s t e d c o p i e d i t d o w n . S t u d e n t s c o u l d r e c e i v e a m a j o r i t y o f t h e p o i n t s e v e n i f t h e y a r e n o t a b l e t o g e t t h e e n g i n e t o fi m c t i o n . E x t r a p o i n t s w e r e a w a r d e d i f t h e h o t r e s e r v o i r w a s h e a t e d b y s o l a r r a d i a t i o n . P l a n s a r e w i d e l y a v a i l a b l e o n t h e W e b . ( S e e a p p e n d i x I V G f o r s e v e r a l a d d r e s s e s . ) T h e B L O f f T i m e H o m e w o r k ( A p p e n d i x I V H ) w a s a n i n t e r n e t - b a s e d a s s i g n m e n t . S t u d e n t s r e s e a r c h e d t h e a m o u n t o f t i m e i t w o u l d t a k e f o r a h o u s e h o l d i n M i c h i g a n t o p a y o f f t h e i n v e s t m e n t i n c u r r e d f o r a c l o s e d l o o p a n t i f r e e z e w a t e r h e a t i n g s y s t e m a n d a g e o t h e r m a l h e a t p u m p . T h e y a l s o r e p o r t e d a n y c u r r e n t t a x c r e d i t s a v a i l a b l e t h a t c o u l d b e u s e d t o s h o r t e n t h e p a y o f f t i m e . B u i l d i n g R o c k e t s ( T i n v H e a t E n g i n e s ) ( A p p e n d i x I V I ) w a s n o t a n a c t i v i t y t h a t I d e v e l o p e d m y s e l f , b u t f o u n d i n o n t h e W e b . ( S e e A p p e n d i x I V I f o r t h e w e b a d d r e s s . ) T h e r o c k e t s a r e m a d e o u t o f e v e r y d a y o b j e c t s t h a t k i d s w o u l d h a v e a t h o m e : a l u m i n u m f o i l , a p a p e r c l i p , a s t r a i g h t p i n a n d a m a t c h . I n a p p e n d i x I V I a r e s o m e p h o t o s I t o o k o f t h e m a t e r i a l s a n d s t e p s i n c o n s t r u c t i o n . I h a v e a l s o i n c l u d e d t i p s f o r s u c c e s s a n d p i t f a l l s t o w a t c h o u t f o r . I f t h e y a r e b u i l t c a r e f u l l y f o l l o w i n g t h e t i p s , a b o u t 7 5 % o f t h e r o c k e t s 2 7 p e r f o r m w e l l . W e h a d a c o n t e s t o u t s i d e a f t e r e a c h s t u d e n t h a d m a d e 5 r o c k e t s . T h e r o c k e t t h a t w e n t t h e l o n g e s t d i s t a n c e w o n . S t u d e n t s v o i c e d i d e a s o f c h a n g e s t h e y w o u l d m a k e w h e n t h e y c o n s t r u c t e d t h e m a t h o m e t o g e t t h e m t o fl y e v e n f a r t h e r . T h e o n e s w e m a d e i n c l a s s fl e w b e t w e e n 3 0 a n d 6 0 c e n t i m e t e r s . T h e d a y a f t e r w e b u i l t r o c k e t s w e d i d s o m e f o l l o w - u p q u e s t i o n s o n t h e m o n a s h e e t t i t l e d H o w D o e s I t W o r k ? ( A p p e n d i x I V J ) . T o a n s w e r t h e fi r s t s e t o f q u e s t i o n s s t u d e n t s n e e d a c c e s s t o a d i a g r a m o f a g a s o l i n e e n g i n e . M o s t h i g h s c h o o l p h y s i c s t e x t s c o n t a i n o n e . T h e s e c o n d s e t o f q u e s t i o n s a s k s a b o u t t h e r o c k e t s . O n c e s t u d e n t s fi g u r e d o u t t h e g a s o l i n e e n g i n e t h e y c o u l d u s e i t a s a m o d e l o f a h e a t e n g i n e t o h e l p a n s w e r q u e s t i o n s a b o u t h o w t h e r o c k e t s w o r k . T h e d i s c u s s i o n o f t h e q u e s t i o n s h e e t c o n s i s t e d o f t h e i n s t r u c t o r a s k i n g l e a d i n g q u e s t i o n s t o g e t s t u d e n t s t o l o g i c a l l y t h i n k t h e i r w a y t h r o u g h , c o m i n g u p w i t h a n s w e r s o n t h e i r o w n a f t e r b e i n g g u i d e d i n t h e r i g h t d i r e c t i o n . D e s i g n — Y o u r O w n S o fl l o l l e c t o r E x p e r i m e n t ( A p p e n d i x I V K ) p u l l e d t o g e t h e r m a n y o f t h e t h e r m o d y n a m i c a n d o p t i c c o n c e p t s l e a r n e d i n t h e u n i t a n d g a v e s t u d e n t s a n o t h e r o p p o r t u n i t y t o p r a c t i c e a c t u a l l y d o i n g s c i e n c e . T h i s l a b a d d r e s s e d a m a j o r i t y o f t h e s c i e n c e i n q u i r y b e n c h m a r k s ( s e e A p p e n d i x I A ) . S t u d e n t s d r e w a fl a t p l a t e c o l l e c t o r a n d l i s t e d e v e r y t h i n g t h e y c o u l d t h i n k o f t h a t c o u l d b e v a r i e d a n d t e s t e d . W e d i s c u s s e d t h e l i s t a s a c l a s s , c o m i n g u p w i t h m o r e i d e a s a n d m u l l i n g o v e r c h a l l e n g e s p o s e d . S t u d e n t s t h e n b r o k e u p i n t o g r o u p s o f t h r e e , d e c i d e d w h i c h p a r a m e t e r t o v a r y a n d b e g a n d e s i g n i n g t h e i r e x p e r i m e n t . T h e y w e r e r e q u i r e d t o fi l l o u t a r e s e a r c h p r o p o s a l a n d d i s c u s s t h e p r o p o s a l i n d e t a i l w i t h t h e i n s t r u c t o r . E a c h g r o u p b u i l t t h r e e c o l l e c t o r s , t w o t h a t w e r e i d e n t i c a l a n d o n e t h a t v a r i e d o n e p a r a m e t e r , t h e n c o l l e c t e d d a t a o u t d o o r s . S t u d e n t s w r o t e 2 8 u p f o r m a l l a b r e p o r t s , p r e s e n t e d t h e i r fi n d i n g s t o t h e c l a s s a n d p o s t e d t h e i r fi n d i n g s o n a w e b s i t e t h a t w a s d e v e l o p e d b y o n e o f t h e s t u d e n t s e x p r e s s l y f o r t h i s p u r p o s e . D E S C R I P T I O N O F E L E C T R I C I T Y A C T I V I T I E S T h e b e n c h m a r k s a d d r e s s e d b y e a c h a c t i v i t y i n t h e e l e c t r i c i t y u n i t c a n b e f o u n d i n A p p e n d i x [ B a n d t h e l e s s o n p l a n o u t l i n e i n A p p e n d i x I E . B e l o w i s a c h r o n o l o g i c a l l i s t i n g o f t h e m a j o r a c t i v i t i e s . D a t e ( s ) i n E l e c t r i c i t y A c t i v i t y 2 0 0 7 1 0 / 3 0 — 1 2 / 3 S t u d y G u i d e 1 1 / 1 , 1 1 / 1 4 B u i l d i n g C i r c u i t s L a b 1 1 / 7 E l e c t r o l y s i s L a b 1 1 / 1 6 C a r B a t t e r y D e m o n s t r a t i o n w i t h S t u d e n t Q u e s t i o n S h e e t 1 1 / 1 9 V o l t a i c P i l e L a b 1 1 / 2 0 B u i l d i n g a 3 - D M o d e l o f a F u e l C e l l o r H y b r i d C a r B a t t e r y 1 1 / 2 7 H o m e w o r k Q u i z t o A c c o m p a n y A r t i c l e o n P h o t o v o l t a i c s 1 1 / 2 7 , 1 1 / 2 8 B u i l d i n g a P h o t o v o l t a i c C e l l L a b 1 1 / 2 8 P h o t o v o l t a i c C e l l P o s t L a b Q u e s t i o n s T a b l e 2 D a t e s o f E l e c t r i c i t y A c t i v i t i e s T h e u n i t o n e l e c t r i c i t y a l s o h a d a S t u d y G u i d e ( s t u d e n t v e r s i o n A p p e n d i x I I D , t e a c h e r ’ s k e y A p p e n d i x H E , c o m m e n t a r y A p p e n d i x I I F ) . I t w a s b r o k e n i n t o t h r e e s e c t i o n s : v o c a b u l a r y t e r m s , l a b e l e d d r a w i n g s a n d m a t h e q u a t i o n s . A g a i n , t h e s e c t i o n o n l a b e l e d d r a w i n g s w a s e m p h a s i z e d . S t u d e n t s fi l l e d i n p a r t s o f t h e s t u d y g u i d e t h r o u g h o u t t h e u n i t a s c o n c e p t s w e r e e n c o u n t e r e d . T h i s g a v e s t u d e n t s a c o m p l e t e p a c k e t o f i n f o r m a t i o n t o h e l p t h e m p r e p a r e f o r t h e q u i z a n d u n i t t e s t . I r e m i n d e d s t u d e n t s t h a t t h e m a t h e m a t i c a l c o n c e p t s s h o u l d b e p r a c t i c e d b y a c t u a l l y d o i n g m a t h p r o b l e m s , n o t b y s i m p l y s t u d y i n g t h e e q u a t i o n s o n t h e s t u d y g u i d e . I s u g g e s t e d t h e y p i c k o u t o n e o r t w o o f e a c h t y p e f r o m t h e t e x t b o o k t o d o t o h e l p p r e p a r e f o r t h e t e s t . 2 9 F o r m s f o r t h e r e m a i n d e r o f t h e a c t i v i t i e s i n t h e E l e c t r i c i t y u n i t c a n b e f o u n d i n A p p e n d i x V . T h e s e i n c l u d e b l a n k s t u d e n t c o p i e s , t e a c h e r ’ s k e y s , a n d c o m m e n t s t o h e l p t e a c h e r s t h a t w o u l d l i k e t o i m p l e m e n t t h e a c t i v i t i e s a n d p h o t o g r a p h s . T h e B u i l d i n g C i r c u i t s L a b ( A p p e n d i x V A ) w a s a f a i r l y o p e n - e n d e d a c t i v i t y . A c a r t o f e l e c t r i c a l e q u i p m e n t w a s w h e e l e d i n t o t h e r o o m . S t u d e n t s w o r k e d i n g r o u p s o f t w o s o t h a t t h e y c o u l d a l l h a v e a c h a n c e t o m a n i p u l a t e t h e e q u i p m e n t . T h e y w e r e i n s t r u c t e d t o a c c o m p l i s h fi v e d i f f e r e n t t a s k s w h i c h a l l i n v o l v e d b u i l d i n g c i r c u i t s . T h e fi v e t y p e s w e r e l i s t e d o n t h e l a b h a n d o u t w i t h a s p a c e f o r m y s i g n a t u r e b e s i d e e a c h o n e . S t u d e n t s h a d t o d e m o n s t r a t e f o r m e t h a t t h e c i r c u i t w o r k e d a n d w a s t h e t y p e r e q u e s t e d . S t u d e n t s w h o h a d n o p r i o r e x p e r i e n c e b u i l d i n g c i r c u i t s n e e d e d a l o t m o r e t i m e . H o w e v e r , t h i s g a v e t h e m o r e e x p e r i e n c e d s t u d e n t s t i m e t o t i n k e r a n d b u i l d o n c i r c u i t s o f t h e i r c h o o s i n g . B e f o r e d o i n g t h e E l e c t r o l y s i s L a _ b ( A p p e n d i x V B ) , w e d i s c u s s e d a l l o f t h e w a y s t h a t e l e c t r i c i t y c a n b e m a d e . M o s t s t u d e n t s k n e w t h a t a b a t t e r y t r a n s f o r m s c h e m i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y , b u t d i d n o t k n o w t h a t e l e c t r o l y s i s w a s t h e o p p o s i t e t r a n s f o r m a t i o n . T h e l a b m a t e r i a l s l e d s t u d e n t s t h r o u g h t h e e v e n t s h a p p e n i n g i n a b a t t e r y v e r s u s t h e e v e n t s h a p p e n i n g d u r i n g e l e c t r o l y s i s . T h e s t u d e n t s t h e n b u i l t a n e l e c t r o l y t i c c e l l u s i n g a s h o r t l e n g t h o f c l e a r r u b b e r t u b i n g a n d a j u m b o p a p e r c l i p ( m y d e s i g n ) . E l e c t r i c i t y f r o m a 9 - v o l t b a t t e r y p o w e r e d t h e r e a c t i o n . C o n t i n u i n g t h e i r e l e c t r o c h e m i s t r y e d u c a t i o n i n p r e p a r a t i o n f o r s t u d y i n g fi r e l c e l l s a n d b a t t e r i e s t h a t p o w e r h y b i d a n d p l u g - i n c a r s , I p e r f o r m e d t h e C a r B a t t e g D e m o n s t r a t i o n ( A p p e n d i x V C ) . S t u d e n t s h a d a q u e s t i o n s h e e t t h a t t h e y fi l l e d i n a s I d i d t h e d e m o n s t r a t i o n . T h i s i s b e s t d o n e o u t i n t h e p a r k i n g l o t a n d r e q u i r e s a b a t t e r y t h a t h a s r e m o v a b l e c a p s . D u r i n g t h e d e m o n s t r a t i o n s t u d e n t s l i f t e d a c a r b a t t e r y ( i t i s v e r y h e a v y 3 0 d u e t o t h e l e a d p l a t e s ) a n d l i s t e n e d t o a s a f e t y t a l k . V o l u n t e e r s t o o k t u r n s g e t t i n g v o l t a g e r e a d i n g s f o r e a c h o f t h e 6 c e l l s u s i n g a m u l t i m e t e r , a n d s p e c i fi c g r a v i t y r e a d i n g s u s i n g a h y g r o m e t e r . T h e y t h e n u s e d a c h a r t i n t h e l a b p a c k e t t o d e t e r m i n e t h e p e r c e n t c h a r g e o f e a c h c e l l . S t u d e n t s m a d e l a b e l e d d r a w i n g s o f t h e w o r k i n g s o f t h e b a t t e r y a n d w r o t e o u t t h e h a l f r e a c t i o n s t a k i n g p l a c e . T h e fi n a l q u e s t i o n s i n t h e l a b g o t s t u d e n t s t h i n k i n g a b o u t w h a t c h a r a c t e r i s t i c s w o u l d b e d e s i r a b l e i f t h e b a t t e r y w e r e f o r a h y b r i d c a r i n s t e a d . T h e ( fl a m e B a t t e r y L a b : T h e V o l g c P i l e ( A p p e n d i x V D ) i s a n a d a p t a t i o n o f t h e c o m m o n l y k n o w n l a b . S t u d e n t s u s e d p e n n i e s a n d p a p e r t o w e l s o a k e d i n s a l t w a t e r t o m a k e s e r i e s a n d p a r a l l e l c i r c u i t s . T h e l a b f o c u s e d t h e i r a t t e n t i o n o n t h e b a s i c p a r t s o f t h e g a l v a n i c b a t t e r y — t h e a n o d e , c a t h o d e a n d e l e c t r o l y t e . S t u d e n t s i n v e s t i g a t e d d i f f e r e n c e s i n v o l t a g e o f v a r i o u s c o n fi g u r a t i o n s u s i n g a m u l t i m e t e r . D i f f e r e n c e s e n c o u n t e r e d , a l o n g w i t h l e a d i n g q u e s t i o n s i n t h e l a b , r e s u l t e d i n c r i t i c a l t h i n k i n g a n d t e a c h a b l e m o m e n t s . S t u d e n t s w e r e g i v e n t h e o p p o r t u n i t y t o B u i l d a 3 - D M o d e l f o r E x t r a C r e d i t ( A p p e n d i x V E ) o n t h e i r o w n a t h o m e . T h e m o d e l c o u l d b e o f a f u e l c e l l , a b a t t e r y f o r a h y b r i d c a r , o r a b a t t e r y f o r a n e l e c t r i c p l u g - i n c a r . T h e m o d e l s d i d n o t n e e d t o b e fi m c t i o n a l . T h e s t u d e n t w a s t o l a b e l a l l o f t h e c o m p o n e n t s a n d p r e s e n t t h e m o d e l t o t h e c l a s s . T h e p r e s e n t a t i o n i n c l u d e d a n e x p l a n a t i o n o f t h e m o d e l , i t s c o m p o n e n t s a n d h o w t h e b a t t e r y o r f u e l c e l l w o r k s . I n f o r m a t i o n o n r e c e n t a d v a n c e s i n t h e t e c h n o l o g y a n d c h a l l e n g e s t h a t e x i s t w e r e t o b e i n c l u d e d i n t h e p r e s e n t a t i o n . T o i n t r o d u c e p h o t o v o l t a i c c e l l s , t h e s t u d e n t s w e r e a s s i g n e d a n a r t i c l e t o r e a d f o r h o m e w o r k . T h e m o r n i n g a f t e r , t h e s t u d e n t s w e r e g i v e n t h e H o m e w o r k Q u i z t o A c c o m p a n y t h e P h o t o v o l g r i c s A r t i c l e ( A p p e n d i x V F ) . T h e q u i z c o n s i s t e d o f t h r e e q u e s t i o n s a b o u t t h e m a i n i d e a s i n t h e a r t i c l e : w h a t t h e l e t t e r s P V s t a n d f o r , w h a t h a p p e n s 3 1 w h e n s u n l i g h t i s a b s o r b e d b y a P V c e l l , a n d p l a c e s t h e s e c e l l s c a n b e f o u n d . B e s i d e s t h e w e b a d d r e s s f o r t h e a r t i c l e , t h e q u i z q u e s t i o n s a n d t h e t e a c h e r ’ s a n s w e r k e y , A p p e n d i x V F a l s o c o n t a i n s a d e s c r i p t i o n o f m y m e t h o d o f g i v i n g h o m e w o r k q u i z z e s . ( S t u d e n t s r o l l d i c e a f t e r t a k i n g t h e q u i z t o d e t e r m i n e w h e t h e r i t w i l l b e t u r n e d i n . T h i s c u t s d o w n o n p a p e r c o r r e c t i n g , b u t a l s o f o r c e s t h e s t u d e n t t o f o c u s a n d d o h i s b e s t o n t h e q u i z . ) T h e h o m e w o r k q u i z s e t t h e s t a g e f o r d a y o n e o f t h e B u i l d i n g a f P h o t o v o l t a i c C e l l L a _ b w h i c h w a s a d a p t e d f r o m a F l i n n S c i e n t i fi c k i t ( A p p e n d i x V G ) . I n f o r m a t i o n f o r o r d e r i n g t h e k i t , a l o n g w i t h d e t a i l s o f t h e c h a n g e s I m a d e , i s i n c l u d e d i n A p p e n d i x V G . O n t h i s fi r s t d a y o f t h e l a b s t u d e n t s p r e p a r e d a c o n c e n t r a t e d h i b i s c u s d y e , r i n s e d , d r i e d a n d f o u n d t h e c o n d u c t i v e s i d e s o f t h e g l a s s p l a t e s w h i c h w o u l d b e c o m e t h e e l e c t r o d e s . T h e y a l s o p r e p a r e d a d i l u t i o n o f n i t r i c a c i d , m a d e a p a s t e o f t i t a n i u m o x i d e a n d c o a t e d t h e a n o d e w i t h a t h i n c o a t o f t h a t p a s t e . T h e a n o d e s w e r e s t o r e d o v e r n i g h t c o m p l e t e l y s u b m e r g e d i n t h e d i l u t e n i t r i c a c i d s o l u t i o n . O n d a y t w o o f t h e l a b , s t u d e n t s d y e d t h e a n o d e s w i t h t h e p i n k h i b i s c u s d y e , c o a t e d t h e c a t h o d e w i t h c a r b o n f r o m a c a n d l e fl a m e a n d a s s e m b l e d t h e c e l l s . A m u l t i m e t e r w a s u s e d t o t e s t v o l t a g e a n d a m p e r a g e o u t p u t o f t h e c e l l s u n d e r a v a r i e t y o f c o n d i t i o n s . T h e d a y w e fi n i s h e d b u i l d i n g t h e p h o t o v o l t a i c c e l l s , s t u d e n t s w e r e g i v e n a n i n f o r m a t i o n s h e e t t h a t c o m e s a s p a r t o f t h e F l i n n k i t . I a s k e d s t u d e n t s t o c o p y t h e l a b e l e d d i a g r a m a n d r e a d t h e i n f o r m a t i o n s h e e t b e f o r e a t t e m p t i n g t o a n s w e r a n y o f t h e P h o t o v o l t a i c C e l l P o s t L a b Q u e s t i o n s ( A p p e n d i x V H ) . M o s t o f t h e a n s w e r s c o u l d b e g i v e n b y c a r e fi r l l y s c r u t i n i z i n g t h e d i a g r a m . 3 2 A S S E S S M E N T T O O L S P r e t e s t s a n d p o s t t e s t s w e r e a d m i n i s t e r e d f o r b o t h t h e T h e r m o d y n a m i c s u n i t ( A p p e n d i x H I A t h r o u g h H I D ) a n d t h e E l e c t r i c i t y u n i t ( A p p e n d i x H I G a n d I I I H ) . P r e t e s t s w e r e a d m i n i s t e r e d i n a n i n f o r m a l s e t t i n g a s s u r v e y s . P o s t t e s t s w e r e e m b e d d e d i n t o t h e u n i t t e s t s . Q u e s t i o n s c o r r e l a t e t o s p e c i fi c b e n c h m a r k s s o t h a t a n a l y s i s c a n S h o w w h e t h e r t h e u n i t w a s e f f e c t i v e i n t e a c h i n g t h e b e n c h m a r k s . M o s t o f t h e q u e s t i o n s w e r e o p e n e n d e d , r e q u i r i n g a s t u d e n t g e n e r a t e d r e s p o n s e . B u i l d i n g a P h o t o v o l t a i c C e l l P o s t - L a b Q u e s t i o n ; ( A p p e n d i x H I I ) w a s u s e d a s d a t a f o r t h e p u r p o s e o f a n a l y z i n g s t u d e n t m o t i v a t i o n w h e n e n g a g e d i n h a n d s - o n a c t i v i t i e s , r a t h e r t h a n m a s t e r y o f b e n c h m a r k s . D a t a t a b u l a t e d i n c l u d e d n u m b e r o f s t u d e n t s t h a t t u r n e d t h e a s s i g n m e n t i n , s c o r e s e a r n e d o n t h e a s s i g n m e n t s , a n d n u m b e r o f q u e s t i o n s t h a t s t u d e n t s a t t e m p t e d t o a n s w e r . I n a n e f f o r t t o q u a n t i f y s t u d e n t m o t i v a t i o n , t h e s t u d e n t s h e l p e d g a t h e r _ c L a t a _ o _ n e n g a g e m e n t i n c l a s s r o o m a c t i v i t i e s ( T h e r m o d y n a m i c s A p p e n d i x H I F , E l e c t r i c i t y A p p e n d i x H I K ) . A t t h e i r a s s i g n e d t i m e , e a c h s t u d e n t l o o k e d a r o u n d t h e r o o m a n d r e c o r d e d t h e n u m b e r o f s t u d e n t s t h a t a p p e a r e d t o b e e n g a g e d i n t h e a c t i v i t y . T h e s t u d e n t s a l s o r e c o r d e d t h e d a t e , t i m e , n u m b e r o f s t u d e n t s n o t e n g a g e d a n d a d e s c r i p t i o n o f t h e a c t i v i t y . I l o o k e d t h r o u g h t h e s e i m m e d i a t e l y a f t e r c l a s s , a s s o m e s t u d e n t s w e r e n o t v e r y s p e c i fi c w h e n d e s c r i b i n g t h e a c t i v i t y . I w r o t e i n a m o r e s p e c i fi c d e s c r i p t i o n o n s o m e o f t h e m w h i l e I s t i l l r e m e m b e r e d w h a t w e d i d d u r i n g t h e h o u r . A t t h e c o n c l u s i o n o f b o t h u n i t s , a P o s t S u r v e y ( T h e r m o d y n a m i c s A p p e n d i x H I E , E l e c t r i c i t y A p p e n d i x 1 H J ) b a s e d o n o p e n - e n d e d q u e s t i o n s w a s a d m i n i s t e r e d . I a s k e d s t u d e n t s w h a t w e d i d i n t h e u n i t t h a t r e a l l y e n g a g e d t h e m , w h a t b o r e d t h e m , w h i c h t h i n g s 3 3 t h e y t h o u g h t t h e y w o u l d r e m e m b e r a l o n g t i m e o r m a k e u s e o f i n t h e f u t u r e . T h e fi n a l q u e s t i o n a s k e d t h e m w h y t h e y t h o u g h t t h e p a r t i c u l a r t h i n g s t h e y l i s t e d w o u l d b e r e m e m b e r e d l o n g e r o r w o u l d b e u s e fi r l . W h e n a n a l y z i n g t h e s e d a t a I t r i e d c a t e g o r i z i n g t h e a n s w e r s m a n y d i f f e r e n t w a y s t o s e e i f a n y p a t t e r n s e m e r g e d . L a s t l y , S t u d e n t G r a d e s a n d A t t e n d a n c e f o r t h e E l e c t r i c i t y U n i t ( A p p e n d i x I I I L ) w e r e c o m p i l e d a n d a n a l y z e d t o a s s e s s m o t i v a t i o n a n d l o o k f o r m a s t e r y o f b e n c h m a r k s . G r a d e s f r o m a l l o f t h e a s s i g n m e n t s a n d a s s e s s m e n t s f o r t h e u n i t w e r e i n c l u d e d . 3 4 R E S U L T S F o l l o w i n g i s a b r i e f a n a l y s i s o f t h e a c t i v i t i e s a n d a s s e s s m e n t s t h a t w e r e d e v e l o p e d f o r t h i s t h e s i s . T h e y w e r e i m p l e m e n t e d i n a h i g h s c h o o l p h y s i c s c l a s s o f 1 2 s t u d e n t s t o a d d r e s s t h e r m o d y n a m i c s , o p t i c s a n d e l e c t r i c i t y b e n c h m a r k s a n d t o i n c r e a s e s t u d e n t m o t i v a t i o n . C o m p l e t e t e a c h e r c o m m e n t s a n d r e fl e c t i o n s o n e a c h a c t i v i t y a n d a s s e s s m e n t t o o l c a n b e f o u n d i n A p p e n d i c e s I I , I I I , I V , a n d V . I m a g e s i n t h i s t h e s i s a r e p r e s e n t e d i n c o l o r . A N A L Y S I S O F H A N D S - O N A C T I V I T I E S S p e c i fi c H e a t L a b F o r S o l a r C o l l e c t o r s ( A p p e n d i x I V B ) B r a i n s t o r m i n g a n d e x p e r i m e n t a l s e c t i o n s o f t h e l a b w e n t v e r y w e l l . T h e r e w a s l o t s o f p a r t i c i p a t i o n a n d i n t e r e s t r a n h i g h . T h e s t u d e n t s e n g a g e d i n c r i t i c a l t h i n k i n g a n d b u i l t o n t h e i r o w n k n o w l e d g e d u r i n g b r a i n s t o r m i n g a n d t h e c l a s s d i s c u s s i o n . P e r f o r m i n g t h e l a b p r o c e d u r e w e n t w e l l e x c e p t t h a t i t t o o k l o n g e r t h a n e x p e c t e d . I p l a n t o c h a n g e t h e l a b t o t e s t t w o l i q u i d s r a t h e r t h a n t h r e e . S t u d e n t s h a d t r o u b l e r e c o r d i n g d a t a a n d fi g u r i n g o u t t h e m a t h e m a t i c s . F o r e x a m p l e , t h e y w e r e u n s u r e a t w h a t p o i n t t h e a l u m i n u m w a s a t i t s i n i t i a l a n d fi n a l t e m p e r a t u r e s . S o I s p e n t t i m e w i t h i n d i v i d u a l g r o u p s , g u i d i n g t h e m t o w a r d s fi g u r i n g o u t t h e r i g h t a n s w e r o n t h e i r o w n . O n l y t w o s t u d e n t s o u t o f 1 2 c o m p l e t e d t h e a s s i g n e d l a b p a c k e t . O n e s t u d e n t d i d n o t h a n d t h e p a c k e t i n a t a l l . T h e a v e r a g e p a c k e t w a s 7 6 % c o m p l e t e . T h e g o a l o f m o t i v a t i n g s t u d e n t s w a s m e t f o r m o s t p o r t i o n s o f t h i s a c t i v i t y . S t u d e n t s w e r e m o t i v a t e d a n d e n g a g e d i n b r a i n s t o r m i n g , e x p e r i m e n t a l d e s i g n a n d p e r f o r m a n c e o f t h e l a b . S t u d e n t s d e m o n s t r a t e d s c i e n t i fi c i n q u i r y s k i l l s w h i l e p e r f o r m i n g 3 5 t h e l a b . L a c k o f c o m p l e t i o n o f t h e a s s i g n e d l a b p a c k e t m a d e i t d i f fi c u l t t o a s s e s s w h e t h e r t h e a c t i v i t y w a s s u c c e s s f u l i n t e a c h i n g c o n t e n t b e n c h m a r k s . A b s o r b a n c e a n d E m i s s i o n L a b : H e a t i n g S o l a r S p a c e s ( A p p e n d i x I V D ) D r a w i n g # 2 u n d e r t h e b a c k g r o u n d s e c t i o n , r a y d i a g r a m o f a s o l a r r o o m , w a s i n v a l u a b l e i n h e l p i n g s t u d e n t s u n d e r s t a n d a n d a n s w e r t h e q u e s t i o n s p r e s e n t e d i n # 3 a n d # 4 . W h e n s t u d e n t s d i s c u s s e d d e s i g n s f o r t h e i r e x p e r i m e n t , m a n y o f t h e m w e r e r e f e r r i n g t o t h i s d r a w i n g . T h e d r a w i n g a l s o l a i d a g o o d f o u n d a t i o n o f k n o w l e d g e f o r t h e l a b “ D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r ” . O r i g i n a l l y , i t s e e m e d t h a t t h e g r e a t e s t c h a l l e n g e w i t h d a t a c o l l e c t i o n w o u l d b e t h e t i m e c o n s t r a i n t . ( T h e d a t a o f m o s t i n t e r e s t i s c o l l e c t e d w h i l e t h e s y s t e m i s c o o l i n g . ) B u t t h e s t u d e n t - d e s i g n e d s o l a r s p a c e s l o s t h e a t s o f a s t t h a t w i t h i n a n h o u r o f s h i e l d i n g t h e m f r o m t h e s u n , t h e i r t e m p e r a t u r e s h a d d r o p p e d t o t h e o u t s i d e a i r t e m p e r a t u r e . N e x t y e a r s t u d e n t s w i l l n e e d t o w o r k o n b e t t e r i n s u l a t i o n a n d a n a b s o r b e r t h a t r a d i a t e s h e a t m o r e s l o w l y . O n e s t u d e n t c h o s e t o e l i m i n a t e t h e c o l o r v a r i a t i o n b e t w e e n h e r c l a y a n d r o c k a b s o r b e r s b y c o a t i n g t h e r o c k i n a t h i n l a y e r o f c l a y . F i g u r e 1 E l i m i n a t i n g C o l o r V a r i a t i o n 3 6 1 ‘ 3 " 1 ; : 1 7 F i g u r e : 2 S t u d e n t ’ s A c c i d e r i I a l l y B l o c k S u n W h i l e C o l l e c t i n g D a t a T h e g o a l s s e t f o r t h i s a c t i v i t y w e r e p a r t i a l l y m e t . S t u d e n t s w e r e m o t i v a t e d d u r i n g b r a i n s t o r m i n g , b u i l d i n g t h e c o l l e c t o r s a n d p e r f o r m i n g t h e l a b . T h e y w e r e n o t v e r y m o t i v a t e d t o d o t h i n g s t h a t t o o k e x t r a e fi ' o r t a t h o m e , l i k e g a t h e r i n g m a t e r i a l s t o b r i n g i n o r w r i t i n g u p t h e l a b a f t e r w a r d s . S t u d e n t s d e m o n s t r a t e d s c i e n t i fi c i n q u i r y s k i l l s a n d t h e i r a b i l i t y t o a n s w e r t h e q u e s t i o n s a n d p r o b l e m s o l v e d u r i n g t h e l a b i n d i c a t e d t h a t t h e m a t e r i a l s a n d a c t i v i t i e s w e r e e f f e c t i v e i n t e a c h i n g c o n t e n t . B o i l i n g W a t e r L a b ( A p p e n d i x I V E ) S t u d e n t s w h o b e l i e v e d t h a t w a t e r c o u l d n o t b e b o i l i n g u n l e s s t h e i n e x p e n s i v e c l a s s r o o m t h e r m o m e t e r r e a d 1 0 0 ° C w e r e f o r c e d t o f a c e t h e i r m i s c o n c e p t i o n w h e n c o n f r o n t e d w i t h w a t e r f u l l o f b u b b l e s t h a t w e r e r i s i n g w h e n t h e r e a d i n g w a s o n l y 9 9 2 ° C . L i k e w i s e , t h o s e w h o t h o u g h t t h a t t h e t e m p e r a t u r e o f a s u b s t a n c e a l w a y s r o s e w h e n h e a t w a s a d d e d t o i t w i t n e s s e d p h y s i c a l e v i d e n c e t h a t d i d n o t m e s h w i t h t h e i r b e l i e f s . I c o u l d h e a r s t u d e n t s r e c o n fi g u r i n g k n o w l e d g e a s t h e y a r g u e d w i t h e a c h o t h e r a b o u t w h e t h e r t h e w a t e r w a s b o i l i n g a n d a s t h e y v o i c e d fi ' u s t r a t i o n t h a t t h e t h e r m o m e t e r w a s s t u c k . 3 7 S t u d e n t s w h o d i d n o t fi g u r e t h e i r w a y t h r o u g h i t d u r i n g t h e l a b , v o i c e d t h e i r u n d e r s t a n d i n g a s w e d i s c u s s e d t h e s h a p e o f t h e g r a p h a f t e r w a r d s . T h e g o a l o f t e a c h i n g t h e c o n c e p t t h a t h e a t a b s o r b e d d u r i n g a p h a s e c h a n g e d o e s n o t w a r m t h e w a t e r w a s m e t . S t u d e n t s h a d a n e a s y t i m e u n d e r s t a n d i n g t h e l e c t u r e o n h e a t s o f v a p o r i z a t i o n a n d f u s i o n t h a t f o l l o w e d . S o m e s t u d e n t s w e r e t u r n e d o f f r a t h e r t h a n m o t i v a t e d b y t h i s a c t i v i t y , e x p r e s s i n g t h a t i t s e e m e d p o i n t l e s s t o s t a n d t h e r e a n d r e c o r d t e m p e r a t u r e s . B u t m a n y o f t h o s e t h a t s t u c k w i t h t h e a c t i v i t y a n d s t r u g g l e d t o m a k e s e n s e o f w h a t t h e y w e r e s e e i n g , s e e m e d t o a p p r e c i a t e t h e i m p a c t o f d o i n g i t p h y s i c a l l y a f t e r o u r d i s c u s s i o n . B u i l d i n g a S t i r l i n g E n g i n e ( E x t r a C r e d i t ) ( A p p e n d i x I V G ) O n l y o n e s t u d e n t t a c k l e d t h i s p r o j e c t . I w i l l c o n t i n u e t o o f f e r t h i s o n e a s e x t r a c r e d i t , b u t n e e d t o m a k e c h a n g e s i n o r d e r t o m o t i v a t e m o r e s t u d e n t s t o p a r t i c i p a t e . F i g u r e 3 S t u d e n t P r o j e c t 3 8 . S t e a m fi o m w a t e r b o i l i n g i n s i d e t h e p o p c a n w a s s u p p o s e d t o c a u s e t h e b a l l o o n t o i n fl a t e a n d t u r n t h e c r a n k w h i c h w a s a t t a c h e d t o t h e b a l l o o n , m a k i n g t h e C D t u r n . A s t h e g a s i n t h e b a l l o o n c o o l s f r o m b e i n g e x p o s e d t o t h e a i r a r o u n d i t , t h e b a l l o o n w o u l d d e fl a t e , a g a i n c a u s i n g t h e c r a n k t o t u r n . U n f o r t u n a t e l y , t h e s t u d e n t w a s u n a b l e t o g e t a t i g h t s e a l w h e r e t h e P V C p i p e e n t e r e d t h e p o p c a n . T o o m u c h s t e a m e s c a p e d t h e r e . T h e b a l l o o n d i d n o t i n fl a t e I K F i g u r e 4 C l o s e - u p o f t h e C r a n k . T h e p r o j e c t a d d r e s s e d b e n c h m a r k s t h a t c u t a c r o s s s c i e n c e d i s c i p l i n e s ( A p p e n d i x I A ) , a n d g a v e t h e s t u d e n t h a n d s - o n e x p e r i e n c e w i t h s c i e n c e i n q u i r y s k i l l s . T h e s t u d e n t s w h o d i d n o t p a r t i c i p a t e b e n e fi t e d f r o m w a t c h i n g t h e p r e s e n t a t i o n . T h e y s e e m e d f o c u s e d a n d i n t e r e s t e d . T h e f a c t t h a t t h e s t u d e n t w a s n o t a b l e t o g e t i t t o w o r k h e l p e d m e h a m m e r h o m e a b a s i c t r u t h : p e r s i s t e n c e a n d p a t i e n c e a r e v e r y i m p o r t a n t a t t r i b u t e s i n s c i e n c e . B u i l d i n g R o c k e t s ( T i n y H e a t E n g i n e s ) ( A p p e n d i x I V I ) I w i l l d o t h i s a c t i v i t y a g a i n . T h e p u r p o s e o f b u i l d i n g r o c k e t s w a s t o c a t c h t h e s t u d e n t s ’ i n t e r e s t a n d m o t i v a t e t h e m t o w a n t t o l e a r n m o r e a b o u t h o w h e a t e n g i n e s w o r k . I t g e n e r a t e d s o m u c h i n t e r e s t t h a t s t u d e n t s w e r e v e r y e n g a g e d i n f o l l o w - u p q u e s t i o n s t h e 3 9 n e x t d a y . T h e y s e e m e d t o r e a l l y w a n t t o u n d e r s t a n d h o w t h e r o c k e t s w o r k e d . T h e a c t i v i t y i t s e l f w a s n o t i n t e l l e c t u a l l y e n g a g i n g a s s t u d e n t s w e r e s i m p l y f o l l o w i n g d i r e c t i o n s a n d w e r e t o t a l l y a b s o r b e d i n t h e p h y s i c a l c h a l l e n g e o f c o n s t r u c t i n g t h e r o c k e t s . B u t i t w a s m o r e e f f e c t i v e t h a n a n y o f t h e o t h e r l a b s a t m o t i v a t i n g s t u d e n t s t o e n g a g e i n t e l l e c t u a l l y i n t h e p o s t l a b a c t i v i t y . D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r E x p e r i m e n t ( A p p e n d i x I V K ) T h i s p r o j e c t b r o u g h t t o g e t h e r m o s t o f t h e c o n c e p t s a n d s k i l l s s t u d e n t s h a d l e a r n e d i n t h i s u n i t . T h e e m p h a s i s w a s o n e x p e r i m e n t a l d e s i g n , b u t t o d e s i g n a s o u n d e x p e r i m e n t a n d a n a l y z e t h e i r r e s u l t s , t h e y n e e d e d t o u s e s c i e n c e c o n t e n t fi o m t h e u n i t . H a v i n g t h e s t u d e n t s d r a w t h e fl a t p l a t e c o l l e c t o r b e f o r e a s k i n g t h e m w h a t c o u l d b e v a r i e d , w a s v e r y e f f e c t i v e . T h e y c a m e u p w i t h a v e r y l o n g l i s t o f t h i n g s t o v a r y a n d t e s t . S t u d e n t s w e r e p h y s i c a l l y a n d i n t e l l e c t u a l l y e n g a g e d i n s e l f - d e s i g n e d s c i e n t i fi c i n q u i r y , a n d w e r e m o t i v a t e d t o s o l v e d e s i g n p r o b l e m s . ( T h e y s e e m e d e n e r g i z e d b y t h e c h a l l e n g e s t h e p r o b l e m s p r e s e n t e d . ) P o s t i n g t h e i r r e s u l t s o n t h e W o r l d W i d e W e b m e t m y g o a l o f h a v i n g s t u d e n t s c o m m u n i c a t e r e s u l t s o f a u t h e n t i c r e s e a r c h t o t h e o u t s i d e w o r l d . A m a j o r c h a l l e n g e o f t h i s a c t i v i t y i s t h e t i m e i n v o l v e d , 2 f u l l d a y s a n d 4 h a l f d a y s . I t w a s d i f fi c u l t t o m e e t w i t h a l l o f t h e g r o u p s t o g o t h r o u g h t h e i r p r o p o s a l s e v e n w i t h t h i s s m a l l c l a s s o f 1 2 s t u d e n t s . A l s o , f o r t h i s l a b t o b e t r u l y o p e n - e n d e d , I h a d t o p r o v i d e e q u i p m e n t s t u d e n t s w o u l d n o t h a v e r e a d i l y a v a i l a b l e a t h o m e . T h i s c o u l d b e p r o h i b i t i v e l y e x p e n s i v e . A n d , a s w i t h t h e A b s o r p t i o n a n d E m i s s i o n L a b , w e a t h e r i s a n i s s u e . L u c k i l y , t h e r e i s n o t h i n g a b o u t t h e l a b s e t - u p t h a t i s t i m e - s e n s i t i v e . O n c e t h e s t u d e n t s h a v e t h e i r c o l l e c t o r s b u i l t , t h e y c a n b e s t o r e d u n t i l t h e r e i s a s u n n y d a y . 4 0 C h a n g e s I p l a n t o m a k e n e x t y e a r i n c l u d e fi n d i n g a w e b s i t e w i t h m o r e t r a f fi c o n w h i c h t o p o s t o u r r e s u l t s a n d e l i m i n a t i n g t h e p r e s e n t a t i o n s . T h e y w e r e r e d u n d a n t w i t h t h e w e b p o s t i n g . I a l s o n e e d t o fi n d a w a y t o s t r e a m l i n e t h e p r o c e s s o f m e e t i n g w i t h e a c h g r o u p . B u i l d i n L C i r c u i t s L a b ( A p p e n d i x V A ) I h a d t r o u b l e g e t t i n g a r o u n d t o a l l o f t h e g r o u p s i n a t i m e l y m a n n e r w h e n t h e y n e e d e d m e . S o m e s t u d e n t s w e r e fi ' u s t r a t e d n e e d l e s s l y b y u s i n g b u l b s t h a t w e r e b u m e d o u t . T h e fi l a m e n t s b r e a k i f t h e b u l b i s d r o p p e d . S t u d e n t s w h o fi g u r e d c i r c u i t s o u t o n t h e i r o w n b y m a n i p u l a t i n g e q u i p m e n t s e e m e d v e r y p l e a s e d w i t h t h e m s e l v e s . T h o s e w h o b e c a m e t h e m o s t fi ' u s t r a t e d , s e e m e d t o e x h i b i t t h e m o s t p l e a s u r e w h e n t h e y fi n a l l y fi g u r e d i t o u t . T h i s a c t i v i t y m e t t h e n e e d s o f t h i s g r o u p w h e r e p r i o r k n o w l e d g e v a r i e d c o n s i d e r a b l y . S o m e s t u d e n t s n e e d e d a w h o l e c l a s s p e r i o d j u s t t o g e t a b u l b t o l i g h t . O t h e r s w o r k e d t h r o u g h t h e r e q u i r e d c i r c u i t s q u i c k l y , a n d t h e n s t a y e d b u s y w i t h m o r e c o m p l i c a t e d c i r c u i t s o f t h e i r o w n d e s i g n . T h i s a c t i v i t y m e t t h e g o a l s o f a d d r e s s i n g b e n c h m a r k s o f s c i e n t i fi c i n q u i r y a n d e l e c t r i c i t y . T h e s t u d e n t s w e r e a l s o m o t i v a t e d a n d w o r k e d h a r d a l l h o u r f o r t w o p e r i o d s . I d o n e e d t o e x p e r i m e n t w i t h t h e t a s k w h e r e s t u d e n t s c o m p a r e t h e b r i g h t n e s s o f b u l b s i n a p a r a l l e l c i r c u i t t o t h o s e i n a s e r i e s c i r c u i t a s r e s u l t s w e r e o p p o s i t e o f w h a t I h a d e x p e c t e d . E l e c t r o h g s i s L a b ( A p p e n d i x V B ) I h a d n o t h a d m u c h p r i o r e x p e r i e n c e w i t h b a t t e r i e s a n d e l e c t r o l y t i c c e l l s . T h a t m a d e f o r a l e s s e f f e c t i v e p r e s e n t a t i o n o f t h e m a t e r i a l . T h e g o a l o f t e a c h i n g e l e c t r o l y s i s t h e o r y w a s n o t a d e q u a t e l y m e t a n d s t u d e n t s c o n f u s e d e l e c t r o l y t i c c e l l s w i t h b a t t e r i e s e v e n a t t h e c o m p l e t i o n o f t h e u n i t . I n e e d t o i m p r o v e t h e l a b p a c k e t a n d m y p r e s e n t a t i o n o f 4 1 b a c k g r o u n d i n f o r m a t i o n , l e a v i n g o u t s o m e o f t h e d e t a i l s o t h a t s t u d e n t s c a n f o c u s o n t h e m a i n i d e a s . I w a s d e l i g h t e d w i t h m y o w n i d e a f o r t h e U - t u b e a p p a r a t u s . T h e r e a c t i o n s w e r e e a s i l y v i s u a l i z e d . S t u d e n t s h a d n o t r o u b l e s e t t i n g u p t h e a p p a r a t u s , a l t h o u g h s o m e h a d t r o u b l e fi l l i n g t h e t u b e s a t fi r s t . S t u d e n t s w e r e h i g h l y m o t i v a t e d d u r i n g t h e l a b . I p l a n t o u s e t h i s l a b a g a i n n e x t y e a r a f t e r m a k i n g t h e a b o v e - m e n t i o n e d i m p r o v e m e n t s . F i g u r e 5 P u z z l i n g O v e r H o w t o A v o i d B u b b l e s W h e n F i l l i n g t h e U — T u b e 4 2 C a r B a t t e D e m o n s t r a t i o n w i t h S t u d e n t u e s t i o n S h e e t ( A p p e n d i x V C ) H a v i n g a c c e s s t o a c a r t h a t h a s t h e r i g h t k i n d o f b a t t e r y m a y b e t h e g r e a t e s t c h a l l e n g e f o r t h o s e w h o w a n t t o d o t h i s d e m o n s t r a t i o n . M o s t o f t h e n e w c a r b a t t e r i e s d o n o t h a v e r e m o v a b l e c a p s , s o y o u c a n n o t c h e c k t h e s p e c i fi c g r a v i t y . I n A p p e n d i x V C I d e s c r i b e a n a l t e r n a t i v e w a y o f d o i n g t h e d e m o n s t r a t i o n i f i t h a s t o b e d o n e i n t h e c l a s s r o o m . I p l a n t o d o t h i s a c t i v i t y a g a i n . I t m e t t h e g o a l o f c o n n e c t i n g e l e c t r o c h e m i c a l c o n c e p t s t o e v e r y d a y l i f e . T w o s t u d e n t s a c t u a l l y c h e c k e d t h e i r o w n c a r s t o s e e i f t h e b a t t e r y h a d r e m o v a b l e c a p s . A l l s t u d e n t s w e r e m o t i v a t e d t o fi l l o u t t h e q u e s t i o n s h e e t , a l t h o u g h t w o o f t h e m w e r e t u m e d o f f b y t h e t o p i c a n d c o p i e d a n s w e r s f r o m o t h e r s t u d e n t s r a t h e r t h a n t h i n k i n g i t t h r o u g h o n t h e i r o w n . S t u d e n t s l e a r n e d t h e s t r u c t u r e a n d f u n c t i o n o f a c a r b a t t e r y a s e v i d e n c e d o n t h e u n i t t e s t . 4 3 G a l v a n i c B a t t e g L a b : T h e V o l t a i c P i l e ( A p p e n d i x V D ) T h e a p p a r a t u s i s s o s i m p l e a n d e a s y t o s e t u p a n d r e a r r a n g e t h a t s t u d e n t s h a d p l e n t y o f t i m e t o c o m e u p w i t h t h e i r o w n l i t t l e e x p e r i m e n t s . T h e g o a l s o f t h e a c t i v i t y w e r e a d e q u a t e l y m e t . S t u d e n t s w e r e e n g a g e d p h y s i c a l l y a n d i n t e l l e c t u a l l y d u r i n g t h e p r o c e d u r a l p a r t o f t h e l a b . S t u d e n t s f o c u s e d o n t h e m a i n p a r t s o f a g a l v a n i c b a t t e r y , s e e i n g h o w i t w o r k s , w i t h o u t t h e c l u t t e r o f a l o t o f o t h e r d e t a i l s a n d i n v e s t i g a t e d t h e b e h a v i o r o f s e r i e s a n d p a r a l l e l c i r c u i t s . L i m i t i n g t h e g r o u p s i z e t o t w o s t u d e n t s a s s u r e d t h a t a l l s t u d e n t s w e r e a b l e t o m a n i p u l a t e t h e e q u i p m e n t . T h e a c t i v i t y s e e m e d o n l y t o m o t i v a t e s t u d e n t s t o t h i n k a n d v e r b a l i z e t h e i r t h o u g h t s w h i l e t h e y w e r e m a n i p u l a t i n g t h e e q u i p m e n t . T h e y d i d n o t w r i t e m u c h o n p a p e r d u r i n g t h e l a b o r t o t h i n k o r w r i t e a f t e r t h e y w e r e fi n i s h e d m a n i p u l a t i n g t h e e q u i p m e n t . I w i l l s e e i f t h i s i s t h e c a s e w i t h a d i f f e r e n t g r o u p o f s t u d e n t s n e x t y e a r . F i g u r e 7 T a k i n g V o l t a g e R e a d i n g s o f I n d i v i d u a l C e l l s B u i l c fi r g a 3 - D M o d e l f o r E x t r a C r e d i t ( A p p e n d i x V E ) N o s t u d e n t s c o m p l e t e d t h e p r o j e c t . T h e i r d e c i s i o n t o m a k e t h e d u e d a t e f o u r w e e k s i n t o t h e f u t u r e m a y h a v e r e s u l t e d i n p r o c r a s t i n a t i o n . D e p e n d i n g u p o n t h e l e v e l o f i n i t i a t i v e i n n e x t y e a r ’ s g r o u p o f s t u d e n t s , I m a y a t t e m p t t h i s p r o j e c t a g a i n . I w o u l d i n s i s t t h e y s e t a c l o s e r d u e d a t e , d i s c u s s t y p e s o f m a t e r i a l s t h e y c o u l d u s e t o h e l p c r e a t e i n t e r e s t a n d g e t t h e m s t a r t e d , a n d p e r h a p s g i v e t h e m t h e o p t i o n o f w r i t i n g t h e i n f o r m a t i o n r a t h e r t h a n p r e s e n t i n g o r a l l y t o t h e c l a s s . B u i l d i n g a P h o t o v o l t a i c C e l l L a b ( A p p e n d i x V G ) T h e l a b c a u g h t a n d h e l d t h e i n t e r e s t o f m o s t s t u d e n t s . T h e y p e r f o r m e d a w i d e v a r i e t y o f l a b t e c h n i q u e s . M a n y s h o w e d p r i d e i n t h e o u t c o m e a n d v o i c e d d e l i g h t a s t h e y a c c o m p l i s h e d e a c h s t e p . S o m e s t u d e n t s h a d t r o u b l e r e a d i n g c a r e f u l l y a n d f o l l o w i n g t h e d i r e c t i o n s p r e c i s e l y . A l l g r o u p s s u c c e e d e d i n m a k i n g c e l l s t h a t e m i t t e d v o l t a g e a n d c u r r e n t w h e n e x p o s e d t o l i g h t . T h e a c t i v i t y m e t t h e g o a l o f m o t i v a t i n g s t u d e n t s w h i l e e n g a g e d i n t h e p r o c e d u r e , b u t i n c o m p l e t e a n s w e r s t o t h e f o l l o w - u p q u e s t i o n s s u g g e s t t h e y w e r e n o t m o t i v a t e d t o fi n d o u t h o w t h e c e l l s w o r k . T h u s , t h e a c t i v i t y w a s n o t i n t e l l e c t u a l l y e n g a g i n g a n d l i t t l e c o n t e n t w a s l e a r n e d . N e x t y e a r I p l a n t o g u i d e t h e s t u d e n t s t h r o u g h t h e c o n t e n t . A N A L Y S I S O F O T H E R A C T I V I T I E S S t u d y G u i d e f o r T h e r m o d j m a m i c s a n d O p t i c s ( A p p e n d i c e s I I A , I I B , a n d I I C ) M o s t o f t h e i n f o r m a t i o n o n a l t e r n a t i v e e n e r g y w a s n o t i n t h e t e x t b o o k . T h e s t u d y g u i d e g a v e s t u d e n t s a n a c c u r a t e r e s o u r c e t o w h i c h t h e y c o u l d r e f e r . I t w a s a l s o a n e f f e c t i v e p l a t f o r m f o r u n i t i n g t h e r m o d y n a m i c s a n d o p t i c s b e n c h m a r k s w h i c h w e r e i n s e p a r a t e c h a p t e r s i n t h e t e x t . T h e l a b e l e d d i a g r a m s c o n v e y e d a l a r g e a m o u n t o f 4 5 i n f o r m a t i o n i n a s m a l l a m o u n t o f s p a c e a n d p r o v i d e d a c o n c r e t e v i s u a l t o f o c u s o n w h e n d i s c u s s i n g c o n c e p t s . S t u d e n t s w e r e m o t i v a t e d t o fi l l t h e g u i d e i n o n a d a i l y b a s i s , r e s u l t i n g i n m o r e e f fi c i e n t u s e o f r e v i e w t i m e b e f o r e t h e t e s t . I p l a n t o p r o v i d e m o r e S p a c e f o r l a b e l e d d r a w i n g s a n d d e l e t e R e s e a r c h ( s e c t i o n V ) e x c e p t f o r s e c t i o n V C S t i r l i n g E n g i n e s , w h i c h c o u l d b e m o v e d t o L a b e l e d D r a w i n g s ( s e c t i o n I I I ) . H o m e w o r k Q u e s t i o n s t o A c c o m p a n y S o l a r H o t W a t e r : A P r i m e r ( A p p e n d i x I V A ) M y g o a l w a s t o i m p r e s s u p o n s t u d e n t s t h a t w h a t t h e y a r e l e a r n i n g i s r e a l l i f e s t u f f , h a p p e n i n g n o w , r i g h t h e r e i n M i c h i g a n . T h i s s e e m e d t o h a v e t h e d e s i r e d e f f e c t o n s o m e o f t h e s t u d e n t s . I p l a n t o u s e t h e a r t i c l e a n d q u e s t i o n s a g a i n . T h e q u e s t i o n s i n t r o d u c e d v o c a b u l a r y a n d k e y c o n c e p t s a b o u t c o n s e r v a t i o n a n d s o l a r h o t w a t e r s y s t e m s . L a t e r , w h e n w e w e r e w o r k i n g o n r e l a t e d l a b s , m a n y s t u d e n t s a p p l i e d t h e k n o w l e d g e f r o m t h i s a r t i c l e i n d e s i g n i n g e x p e r i m e n t s a n d i n t e r p r e t i n g r e s u l t s . T o g e n e r a t e m o r e i n t e r e s t i n d o i n g t h e h o m e w o r k , I p l a n t o s e t t h e s t a g e b e t t e r w h e n h a n d i n g o u t t h e a s s i g n m e n t b y a s k i n g q u e s t i o n s t h a t s h o u l d p r o m o t e c u r i o s i t y a n d d e m y s t i f y t h e t o p i c . F o u r A r t i c l e s o n A b s c fl a n c e a n d 8 0 1 g H e a t i n g ( A p p e n d i x I V C ) S o m e s t u d e n t s w e r e o v e r w h e l m e d . N e x t y e a r , I p l a n t o h a v e t h e a r t i c l e s a r r a n g e d i n r e v e r s e o r d e r , s t a r t i n g w i t h t h e a r t i c l e s w r i t t e n f o r t h e g e n e r a l p o p u l a t i o n . T h i s m a y m o t i v a t e m o r e s t u d e n t s t o r e a d t h e m . T h e s t u d e n t s t h a t w e r e i n t e r e s t e d a n d e n g a g e d i n r e a d i n g a n d d i s c u s s i o n o f t h e a r t i c l e s w e r e e x p o s e d t o r e a l w o r l d a l t e r n a t i v e e n e r g y a p p l i c a t i o n s f r o m s e v e r a l p o i n t s o f v i e w . 4 6 Q u e s t i o n s t o A c c o m p a n y S u n c a t c h e r s T u n e d t o C r a n k o u t t h e J u i c e ( A p p e n d i x I V F ) T h e a r t i c l e w a s n o t e a s y r e a d i n g a n d r e q u i r e d s t u d e n t s t o t h i n k . M y g o a l w a s t o i n t r o d u c e S t i r l i n g e n g i n e t e c h n o l o g y a n d e m p h a s i z e t h a t r e s e a r c h i n t h i s fi e l d i s c u r r e n t l y g o i n g o n i n t h e U n i t e d S t a t e s . A m a j o r i t y o f t h e s t u d e n t s s e e m e d s o d i s i n t e r e s t e d t h a t I w i l l fi n d a n o t h e r w a y t o m e e t t h i s g o a l n e x t y e a r . fl i t / o f f T i m e H o m e w o r k ( A p p e n d i x N H ) T h e a v e r a g e s c o r e o n t h e a s s i g n m e n t w a s 5 4 % . M o s t s t u d e n t s t h a t h a n d e d i n t h e a s s i g n m e n t d i d n o t h a v e e v i d e n c e f r o m t h e w e b t o b a c k u p t h e i r a n s w e r s . T h o s e t h a t d i d f u l fi l l e d m y g o a l s o f b e i n g m o t i v a t e d , l e a r n i n g c o n t e n t a n d c o n n e c t i n g t h e c o n t e n t t o e v e r y d a y l i f e . H o w e v e r , t h e p e r c e n t a g e o f s t u d e n t s i n t h a t c a t e g o r y w a s s m a l l . N e x t y e a r I w i l l s e t a s i d e t i m e t o d i s c u s s i n t e m e t s e a r c h s t r a t e g i e s i n c a s e p o o r s e a r c h s k i l l s l e d t o l o w m o t i v a t i o n . H o w D o e s I t W o r k ? F o l l o w - u p ( h r e s t i o n s o n R o c k e t s ( A p p e n d i x I V J ) F o c u s i n g o n t h e g a s o l i n e e n g i n e a n d t i n y r o c k e t s g a v e s t u d e n t s t w o v e r y c o n c r e t e e x a m p l e s t o c o n s i d e r . T h e s t u d e n t s s e e m e d t o f e e l m o r e c o n fi d e n t w i t h w h a t h o t a n d c o l d r e s e r v o i r s a r e a f t e r u s i n g a c t u a l e x a m p l e s l i k e h o t g a s i n t h e c y l i n d e r a n d c o o l e r e x h a u s t . T h e s t u d e n t s w e r e m o t i v a t e d a n d l e a r n e d c o n t e n t . I w i l l r e p e a t t h i s a c t i v i t y n e x t y e a r . S t u d y G u i d e f o r t h e E l e c t r i c i t y U n i t ( A p p e n d i x V A ) T h e a c t o f d e v e l o p i n g t h e s t u d y g u i d e f o r c e d m e t o l o o k a t t h e u n i t a s a w h o l e a n d d e t e r m i n e w h i c h i d e a s w e r e m o s t i m p o r t a n t . T h i s p r o v i d e d a fi a m e w o r k a r o u n d w h i c h I s t r u c t u r e d d a i l y l e s s o n s a n d w r o t e a s s e s s m e n t s . C a l l i n g t h e p a c k e t a s t u d y g u i d e , r a t h e r t h a n a n o b j e c t i v e s h e e t a s I h a d d o n e i n t h e p a s t , d r e w a t t e n t i o n t o i t s i m p o r t a n c e a n d r e s u l t e d i n s t u d e n t s b e i n g m o r e m o t i v a t e d t o fi l l i t i n o n a d a i l y b a s i s . 4 7 A f t e r c o m p l e t i n g t h e u n i t , I r e a l i z e d s e v e r a l a r e a s t h a t w e r e o v e r l o o k e d . T h e r e w e r e n o l e s s o n s t h a t a d d r e s s e d d i r e c t c u r r e n t a n d a l t e r n a t i n g c u r r e n t . W e d i d n o t e v e n fi l l t h o s e t e r m s i n o n t h e s t u d y g u i d e . A n d t h e s t u d y g u i d e c o m p l e t e l y o m i t s t h e c o n c e p t o f S h o r t c i r c u i t . T h i s s h o u l d b e i n c l u d e d i n f u t u r e v e r s i o n s o f b o t h t h e v o c a b u l a r y s e c t i o n a n d t h e l a b e l e d d r a w i n g s . H o m e w o r k Q u i z t o A c c o m p a n y t h e A r t i c l e o n P h o t o v o l t a fi ( A p p e n d i x V F ) T h e g o a l o f m o t i v a t i n g s t u d e n t s u s i n g t h i s a r t i c l e w a s n o t m e t . H a l f o f t h e s t u d e n t s d i d n o t r e a d t h e a r t i c l e . T h e a v e r a g e s c o r e o n t h e q u i z w a s 6 2 % . T h e g o a l o f i n t r o d u c i n g p h o t o v o l t a i c c e l l s w a s m e t b y d i s c u s s i n g t h e a n s w e r s t o t h e q u i z a f t e r w a r d s . I n e e d t o t h i n k o f a q u e s t i o n t h a t I c o u l d a s k a s I p a s s o u t t h e a r t i c l e t h a t w i l l p i q u e t h e i r i n t e r e s t . B u i l d i n g _ a P h o t o v o l t a i c C e l l : P o s t L a b Q u e s t i o n s ( A p p e n d i x V H ) S t u d e n t s d i d n o t d o w e l l o n t h e a s s i g n m e n t . T h e l a c k o f e f f o r t m a y i n d i c a t e t h a t a l t h o u g h t h e s t u d e n t s e n j o y e d t h e p h y s i c a l t a s k o f b u i l d i n g t h e c e l l s , i t d i d n o t r e s u l t i n a d e s i r e t o u n d e r s t a n d h o w t h e y w o r k . C o n t e n t w a s a d d r e s s e d w h e n w e w e n t o v e r t h e q u e s t i o n s a f t e r I h a n d e d t h e a s s i g n m e n t b a c k , b u t m o s t s t u d e n t s d i d n o t w o r k t h r o u g h u n d e r s t a n d i n g i t o n t h e i r o w n . N e x t y e a r I p l a n t o s p e n d t i m e d i s c u s s i n g t h e l a b e l e d d r a w i n g o n F l i n n ’ s i n f o r m a t i o n s h e e t , g u i d i n g s t u d e n t s t h r o u g h c o n s t r u c t i n g k n o w l e d g e b e f o r e s e n d i n g t h e m h o m e t o d o t h e a s s i g n m e n t . A S S E S S M E N T T O O L S T h e r m o d y n a m i c s P r e t e s t a n d P o s t T e s t : I t e m A n a l y s i s ( A p p e n d i c e s I I I A , I I I B , I I I C a n d H I D ) B e c a u s e m o s t o f t h e q u e s t i o n s w e r e o p e n - e n d e d a n d r e q u i r e d a s t u d e n t g e n e r a t e d w r i t t e n r e s p o n s e , t h e s c o r i n g w a s q u i t e s u b j e c t i v e . I s c o r e d b o t h t h e p r e t e s t a n d t h e p o s t 4 8 t e s t t w i c e . T h e s e c o n d s c o r i n g o c c u r r e d a b o u t e i g h t w e e k s a f t e r t h e fi r s t . T h e s e c o n d t i m e I w r o t e o u t a s i m p l e r u b r i c b e s i d e e a c h q u e s t i o n a n d f o l l o w e d i t c l o s e l y . A s t h e fi r s t s c o r i n g w a s d o n e w i t h o u t a r u b r i c , o n l y t h e d a t a f r o m t h e s e c o n d s c o r i n g i s u s e d i n t h e a n a l y s i s b e l o w . L o o k i n g a t t h e s c o r e s f r o m t h e p r e t e s t a n d t h e U n i t 2 T e s t ( p o s t t e s t ) a n d n o t i n g t h e t - t e s t r e s u l t s , a l l o w s c o n c l u s i o n s t o b e d r a w n a s s u m m a r i z e d i n T a b l e 3 b e l o w . ( R a w d a t a c a n b e v i e w e d i n A p p e n d i x H I C a n d a m o r e d e t a i l e d a n a l y s i s i s i n A p p e n d i x I H D . ) B e n c h m a r k T o p i c A v e r a g e P r i o r A v e r a g e t - T e s t R e s u l t s K n o w l e d g e P o s t T e s t ( M u l t i p l e t - t e s t s a r e d u e t o m u l t i p l e P e r c e n t a g e P e r c e n t a g e q u e s t i o n s . ) * = s i g n i fi c a n t E n e r g y T r a n s f e r 2 5 % 4 8 % 0 . 0 1 0 * 2 7 % 4 8 % 0 . 0 3 6 * o r T r a n s f o r m a t i o n 2 6 % 4 8 % 0 . 0 1 9 * 1 2 % 4 7 % 0 0 0 2 * 1 1 % 4 7 % 0 . 0 1 1 * 2 4 % 4 7 % 0 . 0 4 9 * 1 2 % 4 7 % 0 0 0 2 * 5 3 % 5 9 % 0 . 6 5 3 5 3 % 5 9 % 0 . 6 5 3 6 9 % 4 0 % ' 0 . 2 9 0 2 5 % 3 6 % 0 . 7 4 1 2 5 % 3 8 % 0 . 1 7 5 8 % 3 1 % 0 0 0 2 * A v e r a g e 2 8 % 4 6 % T a b l e 3 S u m m a r y o f T h e r m o d y n a m i c s S c o r e s b y B e n c h m a r k 4 9 D e v i c e s T h a t 3 2 % 3 1 % 0 . 7 6 3 T r a n s f o r m E n e r g y E n e r g y 9 % 7 6 % 0 . 0 0 1 * C o n s e r v a t i o n C a l c u l a t i n g F i n a l 0 % 7 0 % 0 . 0 0 0 * T e m p e r a t u r e s o f T w o L i q u i d s 0 % 9 2 % 0 . 0 0 0 “ 1 9 % 6 7 % 0 0 0 2 * A v e r a g e 6 % 7 6 % R a y D i a g r a m s 3 0 % 5 0 % 0 . 3 0 9 3 0 % 2 0 % 0 . 8 2 4 A v e r a g e 3 0 % 3 5 % S c i e n t i fi c I n q u i r y 5 8 % 9 2 % 0 . 0 4 8 * 5 4 % 8 1 % 0 . 0 4 3 " ' 3 7 % 8 6 % 0 0 1 4 * A v e r a g e 5 0 % 8 6 % T a b l e 3 C o n t i n u e d S c o r e s e a r n e d b y i n d i v i d u a l s t u d e n t s f o r e a c h p r e t e s t a n d p o s t t e s t q u e s t i o n w e r e e n t e r e d i n t o a t - t e s t f o r m u l a t o c a l c u l a t e p v a l u e s ( p r o b a b i l i t y t h a t t h e c h a n g e i s d u e t o c h a n c e ) . P v a l u e s l e s s t h a n 0 . 0 5 w e r e c o n s i d e r e d s i g n i fi c a n t . D e g r e e o f f r e e d o m f o r t h e s e t e s t s w a s 1 1 . A s i n d i c a t e d b y t h e a s t e r i s k s i n T a b l e 3 a b o v e , s i g n i fi c a n t g a i n s i n k n o w l e d g e o c c u r r e d f o r e n e r g y t r a n s f e r a n d t r a n s f o r m a t i o n , e n e r g y c o n s e r v a t i o n , 5 0 c a l c u l a t i n g fi n a l t e m p e r a t u r e s o f t w o l i q u i d s a n d s c i e n t i fi c i n q u i r y . I m p r o v e m e n t s i n t h e u n i t n e e d t o b e m a d e t o i n c r e a s e g a i n s i n k n o w l e d g e f o r r a y d i a g r a m s a n d n a m i n g d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m e n e r g y . P o r t i o n s o f t h e u n i t a d d r e s s i n g e n e r g y t r a n s f e r a n d t r a n s f o r m a t i o n a l s o r e q u i r e a t t e n t i o n a s s o m e o f t h e q u e s t i o n s o n t h a t t o p i c s h o w e d i n s i g n i fi c a n t g a i n s . T h e o v e r a l l l o w s c o r e s o n p o s t t e s t q u e s t i o n s m a y b e d u e t o a c o u p l e o f r e a s o n s . O n e , a s m e n t i o n e d i n t h e d e m o g r a p h i c s s e c t i o n , t h i s g r o u p o f s t u d e n t s r e c e i v e d r e l a t i v e l y l o w g r a d e s i n m a t h a n d s c i e n c e i n p a s t y e a r s , a n d t h e y h a v e d i s p l a y e d p o o r w o r k h a b i t s t h i s y e a r . A l s o , s e v e r a l c o n c e p t s t h a t t h e b e n c h m a r k s a s s u m e s t u d e n t s l e a r n e d i n c h e m i s t r y s h o w e d c l o s e t o z e r o f o r p r i o r k n o w l e d g e : s p e c i fi c h e a t , t h e r m a l e q u i l i b r i u m , a n d t h e d i s t i n c t i o n b e t w e e n h e a t a n d t e m p e r a t u r e . T h u s t h e s t u d e n t s b e g a n t h e u n i t w i t h m u l t i p l e h a n d i c a p s . E l e c t r i c i t y P r e t e s L a n d P o s t T e s t : I t e m A m r l y s i s ( A p p e n d i c e s H I G a n d H I H ) S c o r e s e n t e r e d i n t o t h e t - t e s t s w e r e b a s e d o n a r a t i o o f c o r r e c t r e s p o n s e s t o t o t a l r e s p o n s e s a s t h e q u e s t i o n s w e r e o p e n e n d e d a n d s t u d e n t s c o u l d v o l u n t e e r m u l t i p l e r e s p o n s e s . F o r e x a m p l e , q u e s t i o n 3 a s k e d s t u d e n t s t o n a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m m e c h a n i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . I f t h e s t u d e n t r e s p o n d e d w i t h g e n e r a t o r , w i n d t u r b i n e a n d p u l l e y , h e e a r n e d a s s c o r e o f 2 / 3 o r 0 . 6 7 a s 2 o f t h e 3 r e s p o n s e s w e r e c o r r e c t . C a t e g o r i z i n g t h e t e s t q u e s t i o n s b y b e n c h m a r k a s s h o w n i n T a b l e 4 , a l l o w s c o n c l u s i o n s t o b e d r a w n . 5 1 B e n c h m a r k T o p i c Q u e s t i o n A v e r a g e R a t i o A v e r a g e R a t i o t - T e s t o f C o r r e c t o f C o r r e c t A d d r e s s e d N u m b e r R e s p o n s e s R e s p o n s e s T o T o t a l p V a l u e s t o T o t a l R e s p o n s e s b y t h e Q u e s t i o n R e s p o n s e s D e v i c e s T h a t 1 0 . 5 0 0 . 8 2 0 . 1 5 2 T r a n s f o r m E n e r g y 2 0 . 4 5 0 . 9 5 0 . 0 0 8 * 3 0 . 5 0 0 . 6 4 0 . 4 9 3 A v e r a g e 0 . 4 8 0 . 8 0 O p e n a n d C l o s e d 4 0 . 5 5 1 . 0 0 0 . 0 1 6 * C i r c u i t s 5 0 . 9 1 1 . 0 0 0 . 3 4 1 6 0 . 8 2 1 . 0 0 0 . 1 6 7 A v e r a g e 0 . 7 6 1 . 0 0 V o l t a g e 7 a 0 . 0 0 0 . 8 2 0 0 0 0 * R e s i s t a n c e 7 b 0 . 5 9 0 . 8 6 0 . 5 2 C u r r e n t 7 c 0 . 7 7 0 . 9 1 0 . 0 8 2 E l e c t r o c h e m i s t r y 8 a 0 . 8 2 2 . 2 0 . 0 0 0 * 8 b 0 . 4 5 1 . 6 4 0 . 1 7 3 A v e r a g e 0 . 6 4 l . 9 2 S e r i e s a n d P a r a l l e l 9 a 0 . 6 4 0 . 7 3 0 . 6 6 6 C i r c u i t s 9 b 0 . 0 9 0 . 2 7 0 . 2 9 1 1 0 a 0 . 8 2 0 . 9 1 0 . 5 5 7 1 0 b 0 . 2 7 0 . 2 7 1 . 0 0 0 A v e r a g e 0 . 4 5 5 0 . 5 4 5 T a b l e 4 S u m m a r y o f E l e c t r i c i t y S c o r e s b y B e n c h m a r k S c o r e s e a r n e d b y i n d i v i d u a l s t u d e n t s f o r e a c h p r e t e s t a n d p o s t t e s t q u e s t i o n w e r e e n t e r e d i n t o a t - t e s t f o r m u l a t o c a l c u l a t e p v a l u e s ( p r o b a b i l i t y t h a t t h e c h a n g e i s d u e t o c h a n c e ) . P v a l u e s l e s s t h a n 0 . 0 5 w e r e c o n s i d e r e d s i g n i fi c a n t . D e g r e e o f f r e e d o m f o r 5 2 t h e s e t e s t s w a s 1 1 . A s i n d i c a t e d b y t h e a s t e r i s k s i n T a b l e 3 a b o v e , s i g n i fi c a n t g a i n s i n k n o w l e d g e o c c u r r e d f o r t h e t o p i c o f v o l t a g e a s w e l l a s f o r o n e o f t h e q u e s t i o n s u n d e r d e v i c e s t h a t t r a n s f e r e n e r g y , c l o s e d a n d o p e n c i r c u i t s a n d e l e c t r o c h e m i s t r y . I m p r o v e m e n t s i n t h e u n i t n e e d t o b e m a d e t o i n c r e a s e g a i n s i n k n o w l e d g e f o r r e s i s t a n c e , c u r r e n t , a n d s e r i e s a n d p a r a l l e l c i r c u i t s . P o r t i o n s o f t h e u n i t a d d r e s s i n g d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m e n e r g y , o p e n a n d c l o s e d c i r c u i t s , a n d e l e c t r o c h e m i s t r y a l s o r e q u i r e a t t e n t i o n a s s o m e o f t h e q u e s t i o n s o n t h a t t o p i c s h o w e d i n s i g n i fi c a n t g a i n s . F o r q u e s t i o n s w i t h t w o p a r t s , p a r t b a s k e d s t u d e n t s t o e x p l a i n t h e i r a n s w e r o r d r a w i n g f r o m p a r t a . S c o r e s f o r e x p l a n a t i o n s w e r e m u c h l o w e r t h a n s c o r e s f o r a n s w e r i n g p a r t a . B u i l d i n g _ a P h o t o v o l t a i c C e l l : P o s t L a b Q u e s t i o g ( A p p e n d i x H I 1 ) S c o r e s w e r e l o w i n d i c a t i n g l o w m o t i v a t i o n . O f t h e t e n s t u d e n t s t h a t t u r n e d t h e a s s i g n m e n t i n , o n l y f o u r o f t h e m a t t e m p t e d t o a n s w e r a l l 1 2 q u e s t i o n s . M a n y a n s w e r s t h a t w e r e g i v e n d i s p l a y e d a l a c k o f u n d e r s t a n d i n g . T h e r e i s a c h a n c e t h a t s o m e o f t h e s t u d e n t s d i d t h e i r b e s t o n t h e a s s i g m n e n t , b u t a r e n o t a b l e t o r e a d c a r e f u l l y o r m a k e s e n s e o f w h a t t h e y r e a d . T h e r m o d y n a m i c s P o s t S u r v e y ( A p p e n d i x H I E ) R a w d a t a a n d a c o m p l e t e a n a l y s i s o f t h e d a t a a s w e l l a s a c r i t i q u e o f t h e m e t h o d o l o g y c a n b e f o u n d i n A p p e n d i x H I E . S o m e e x a m p l e s o f s t u d e n t r e s p o n s e s a r e a s f o l l o w s . “ I l i k e m a k i n g t h i n g s ” , “ b e c a u s e w e w e r e u p a n d m o v i n g ” , “ l e a r n i n g h o w m a n y d i f f e r e n t v a r i a b l e s t h e r e a r e w h e n b u i l d i n g ” , a n d “ W o u l d r a t h e r l e a r n h a n d s - o n ” . T h e m o s t c o m m e n t s a b o u t w h a t s t u d e n t s f o u n d b o r i n g r e f e r r e d t o t h e a r t i c l e s : “ Q u i t e d u l l ” , “ D i d n ’ t h e l p m y u n d e r s t a n d i n g o f t h e r m o d y n a m i c s ” , “ t e d i o u s ” , “ I t w a s e a r l y i n t h e m o r n i n g a n d h a r d t o f o c u s o n r e a d i n g ” . R e s p o n s e s t o t h e q u e s t i o n a s k i n g w h a t t h e y a r e 5 3 l i k e l y t o r e m e m b e r a l o n g t i m e o r m a k e u s e o f i n c l u d e d h o w a s o l a r c o l l e c t o r w o r k s ( “ t h e s t r u c t u r e o f a p l a t e c o l l e c t o r ” a n d “ h o w a n a b s o r b e r p l a t e a n d m a n i f o l d s a f f e c t t h e o v e r a l l p e r f o r m a n c e ” ) , h o w t o m a k e a r o c k e t , h o w t o m a k e m y h o u s e m o r e e n e r g y e f fi c i e n t , h e a t i n g a n d s o l a r e n e r g y , h o w a g e o t h e r m a l p u m p w o r k s ( “ h o t a n d c o l d r e s e r v o i r ” ) , n o t a w h o l e l o t ( “ b e c a u s e w h a t I a m g o i n g t o d o h a s n o t h i n g t o d o w i t h t h i s ” ) , h o w p e o p l e u s e a l t e r n a t i v e e n e r g y a n d h o w m a n y r e s o u r c e s a n d m o n e y a l t e r n a t i v e e n e r g y s a v e s . T h e l a s t q u e s t i o n a s k e d w h y t h o s e i t e m s w o u l d b e t h e o n e s t h e y w i l l r e m e m b e r t h e l o n g e s t o r m a k e m o s t u s e o f . S t u d e n t r e s p o n s e s m e n t i o n e d t h e w o r d s f u n , c r e a t i v e , r e a l l i f e p r o b l e m s , s w e e t , a n d h a n d s - o n I t a p p e a r s t h a t h a n d s - o n a c t i v i t i e s a r e m o r e e n g a g i n g r e g a r d l e s s o f t h e t o p i c . T h e t o p i c s e e m s t o m a k e a s l i g h t d i f f e r e n c e . A l i t t l e m o r e t h a n h a l f o f t h e p o s i t i v e r e s p o n s e s r e l a t e d t o t h e t o p i c o f a l t e r n a t i v e e n e r g y a n d a l i t t l e l e s s t h a n h a l f o f t h e n e g a t i v e r e s p o n s e s r e l a t e d t o t h e t o p i c . W h e t h e r o r n o t t h e s t u d e n t j u d g e s t h e i n f o r m a t i o n t o b e u s e f u l , s e e m s t o c a r r y a s m u c h w e i g h t a s w h e t h e r t h e y f o u n d t h e i n f o r m a t i o n i n t e r e s t i n g o r f u n . C a t e g o r y M o s t C o m m o n R e s p o n s e s E n g a g i n g L a b s , e s p e c i a l l y “ D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r E x p e r i m e n t ” B o r i n g R e a d i n g a r t i c l e s , M a t h , H o m e w o r k M e m o r a b l e o r H o w t h i n g s w o r k , H o w t o m a k e t h i n g s U s e f u l W h y T h e y a r e U s e f u l , I n t e r e s t i n g , F u n M e m o r a b l e o r U s e f u l T a b l e 5 S u m m a r y o f S t u d e n t R e s p o n s e s t o T h e r m o d y n a m i c s P o s t S u r v e y 5 4 E l e c t r i c i t y P o s t S u r v e y ( A p p e n d i x H I J ) R a w d a t a a n d a c o m p l e t e a n a l y s i s o f t h e d a t a a s w e l l a s a c r i t i q u e o f t h e m e t h o d o l o g y c a n b e f o u n d i n A p p e n d i x 1 H J . E x a m p l e s o f s t u d e n t r e s p o n s e s a r e a s f o l l o w s . T a l k i n g a b o u t l a b s i n g e n e r a l b e i n g e n g a g i n g , s t u d e n t s w r o t e “ I t e n d t o l e a r n b e t t e r a n d f o l l o w d i r e c t i o n s b e t t e r i f I h a v e t h i n g s t o l o o k a t a n d w o r k w i t h . B o o k w o r k i n g i s s o m e t i m e s c o n f u s i n g a n d h a r d e r t o u n d e r s t a n d ” a n d “ I t h e l p s m e m o s t i f I c a n s e e w h a t i s g o i n g o n ” . S t u d e n t s t h a t l i s t e d n o t e s a s b o r i n g g a v e t h e s e r e s p o n s e s , “ I t h e l p e d i n t h e l o n g m m , b u t i t w a s s t i l l b o r i n g ” , “ I d o n ’ t m i n d n o t e s , b u t t h e r e w a s a l o t . I u s e d u p h a l f o f m y n o t e b o o k ” a n d “ S o m e s e e m e d r e p e t i t i o u s a n d l o n g ” . W h e n a s k e d w h a t t h e y w e r e l i k e l y t o r e m e m b e r a l o n g t i m e o r m a k e u s e o f s t u d e n t s l i s t e d , a m o n g o t h e r t h i n g s , h o w a b a t t e r y w o r k s ( “ a n d h o w t o d r a w o n e ” ) , f u e l c e l l , c i r c u i t s ( “ h o w t h e y w o r k ” , “ c i r c u i t b u i l d i n g ” , “ s c h e m a t i c s y m b o l s a n d h o w t o u s e t h e m t o m a k e a d r a w i n g ” a n d “ h o w s e r i e s a n d p a r a l l e l c i r c u i t s w o r k a n d w h i c h t o u s e i n a c e r t a i n s i t u a t i o n ” ) , e n e r g y e f fi c i e n t c a r s ( “ I ’ l l p r o b a b l y g e t a h y b r i d w h e n I ’ m o l d e r ” ) , r e s i s t a n c e ( “ l o n g e r w i r e s m a k e s m o r e r e s i s t a n c e t h a n s h o r t e r w i r e ” ) . W h e n a s k e d w h y t h o s e t h i n g s a r e t h e m o s t m e m o r a b l e o r u s e f u l s t u d e n t s e x p l a n a t i o n s i n c l u d e d t h e w o r d s i n t e r e s t i n g , e n v i r o n m e n t a l t e c h n o l o g y , p h y s i c a l , u s e f u l , e v e r y d a y l i f e , a n d s i m p l e . S o m e c o m m e n t s o f f e r i n g m o r e i n s i g h t w e r e “ s o m e t h i n g I fi n d i n t e r e s t i n g i s e a s i e r t o r e m e m b e r t h a n s o m e t h i n g b o r i n g ” , “ t h e f u e l c e l l i s g o i n g t o b e t h e n e x t g r e a t e s t t h i n g t o s t o p g l o b a l c l i m a t e c h a n g e a n d r e d u c e e m i s s i o n s ” , “ I c o u l d s e e a n d t o u c h t h e m a n d o b s e r v e h o w t h i n g s w o r k e d ” a n d “ B e c a u s e I w i l l a l w a y s u s e b a t t e r i e s . T h e y a r e i m p o r t a n t t h i n g s i n m y l i f e , w e u s e t h e m p r a c t i c a l l y e v e r y w h e r e ” . T h e s t u d e n t s f o u n d h a n d s - o n a c t i v i t i e s t h e m o s t e n g a g i n g , w i t h b u i l d i n g c i r c u i t s t h e m o s t p o p u l a r o f a l l . E i g h t y n i n e p e r c e n t o f t h e r e s p o n s e s h a d t o d o w i t h p r a c t i c a l t o p i c s 5 5 ( a p p l i e d s c i e n c e ) r a t h e r t h a n a c a d e m i c s ( p u r e s c i e n c e ) . T o p i c s l i s t e d a s m o s t e n g a g i n g a l s o f a v o r e d o n e s t h a t r e q u i r e d r e l a t i v e l y l i t t l e m e n t a l e f f o r t b y a r a t i o o f 1 3 t o 5 . T h e r e s e e m s t o b e a n e g a t i v e c o r r e l a t i o n b e t w e e n a l t e r n a t i v e e n e r g y a n d t h e d e g r e e t o w h i c h t h e a c t i v i t y e n g a g e d s t u d e n t s . W h e n a s k e d w h a t t h e y w o u l d r e m e m b e r a l o n g t i m e o r m a k e u s e o f , 8 8 % o f t h e r e s p o n s e s h a d t o d o w i t h p r a c t i c a l t h i n g s , m o s t w i t h h o w t h i n g s w o r k . S t u d e n t s f e l t t h a t t h e r e a s o n s t h e y w o u l d r e m e m b e r o r m a k e u s e o f t h e s e w e r e b e c a u s e t h e y w e r e i n t e r e s t i n g , u s e fi r l o r r e l a t e d t o t h e i r d a i l y l i f e . C a t e g o r y M o s t C o m m o n R e s p o n s e s E n g a g i n g B u i l d i n g c i r c u i t s a n d L a b s i n g e n e r a l B o r i n g N o t e s , M a t h , V o l t a i c P i l e L a b M e m o r a b l e o r H o w a b a t t e r y w o r k s , F u e l c e l l s , C i r c u i t s U s e f u l W h y T h e y a r e M e m o r a b l e I n t e r e s t i n g , U s e f u l , E v e r y d a y L i f e o r U s e f u l T a b l e 6 S u m m a r y o f S t u d e n t R e s p o n s e s t o E l e c t r i c i t y P o s t S u r v e y S t u d e n t G r a d e s a n d A t t e n d a n _ c _ § ( A p p e n d i x H I L ) D i s r e g a r d i n g s c o r e s o f z e r o , t h e o n l y t a s k s w h e r e t h e c l a s s a v e r a g e w a s a b o v e 7 7 % w e r e t h e t w o t a s k s t h a t w e r e g r a d e d o n c o m p l e t i o n r a t h e r t h a n a c c u r a c y . A s a g r o u p , s t u d e n t s w h o s e g r a d e s d i d n o t r e fl e c t m a s t e r y ( l o w e r t h a n 8 0 % ) , h a d g r a d e s a t l e a s t 3 5 % l o w e r t h a t t h e g r o u p t h a t e x h i b i t e d m a s t e r y , a g a i n d i s r e g a r d i n g t h o s e w h o e a r n e d a s c o r e o f z e r o . N o t e t h a t n = 1 1 f o r t h i s d a t a . A t t e n d a n c e c a n b e a n i n d i c a t o r o f i n t e r e s t a n d m o t i v a t i o n . O t h e r t h a n t h e s t u d e n t t h a t d r o p p e d t h e c l a s s , n o s t u d e n t h a d m o r e t h a n 2 a b s e n c e s d u r i n g t h i s u n i t . 5 6 D a t a C o l l e c t e d B y S t u d e n t s : S t u d e n t E n g a g e m e n t D a t a ( A p p e n d i c e s I I I F a n d H I K ) A c c o r d i n g t o t h e s t u d e n t s ’ d a t a , h a n d s - o n a c t i v i t i e s a r e m o r e e n g a g i n g t h a n t h o s e t h a t a r e n o t h a n d s - o n . T w i c e a s m a n y s t u d e n t s w e r e o f f t a s k w h e n t h e a c t i v i t y w a s n o t h a n d s - o n . W h e t h e r t h e a c t i v i t y i n v o l v e d a l t e r n a t i v e e n e r g y d i d n o t a f f e c t e n g a g e m e n t . T h e s e d a t a w e r e f o u n d t o b e u n r e l i a b l e . T h e r e w e r e m u l t i p l e i n s t a n c e s o f a s t u d e n t ’ s d a t a n o t m a t c h i n g u p w i t h t h e n u m b e r o f s t u d e n t s t h a t w e r e i n t h e c l a s s t h a t d a y . A s t u d e n t r e p o r t e d 8 s t u d e n t s o n t a s k a n d 4 o f f t a s k w h e n t h e r e w e r e o n l y 1 1 s t u d e n t s p r e s e n t . A n d a l l t o o o f t e n m o s t o f t h e d a y ’ s d a t a t u r n e d i n s h o w e d t h a t 1 0 0 % o f t h e s t u d e n t s w e r e o n t a s k m o s t o f t h e h o u r . L o o k i n g o u t o v e r t h e c l a s s f r o m m y v a n t a g e p o i n t , t h a t w a s h a r d l y e v e r t h e c a s e . T h e o n l y t i m e s I w o u l d s a y t h a t i t w a s t r u e w e r e t h e d a y s t h e s t u d e n t s w e r e p h y s i c a l l y b u i l d i n g , l i k e t h e d a y s w e b u i l t r o c k e t s o r s o l a r c o l l e c t o r s . T h e s t u d e n t s d i d n o t h a v e t h e s k i l l s n e c e s s a r y t o g a t h e r a n d r e c o r d t h e d a t a i n a n a c c u r a t e m a n n e r . H o w e v e r , t h e r e l a t i o n s h i p s i n d i c t e d b y t h e i r d a t a a g r e e w i t h d a t a f r o m t h e u n i t p o s t s u r v e y s a n d f r o m m y n o t e b o o k o f a n e c d o t a l c o m m e n t a r y . T h e r a w d a t a , c o m p i l e d d a t a , a n a l y s i s o f t h e d a t a a n d c r i t i q u e o f t h i s m e t h o d o f c o l l e c t i n g d a t a a r e a l l i n c l u d e d i n a p p e n d i c e s I I I F a n d 1 1 1 K . 5 7 D I S C U S S I O N A N D C O N C L U S I O N S T U D E N T M O T I V A T I O N W h a t m o v e s t h e s t u d e n t t o a c t o r t o e n g a g e t h e m s e l v e s d e e p l y e n o u g h i n t h e t a s k a t h a n d t h a t s u b s t a n t i a l l e a r n i n g t a k e s p l a c e ? T h i s t h e s i s b e g a n a s a n a t t e m p t t o r e m e d y t h e s t u d e n t a p a t h y , b o r e d o m a n d u n d e r a c h i e v e m e n t t h a t h a s b e c o m e t h e n o r m a t O w o s s o H i g h S c h o o l . T h e c l a s s o f 1 2 p h y s i c s s t u d e n t s w a s r e fl e c t i v e o f t h i s o b s e r v a t i o n . A s a c l a s s , t h e i r g r a d e s i n p r e v i o u s y e a r s ’ m a t h a n d c h e m i s t r y c o u r s e s a v e r a g e d o u t t o a B . B e f o r e b e g i n n i n g t h e p h y s i c s c o u r s e , s o m e s t u d e n t s h a d c o m p l e t e d a l g e b r a 2 , o t h e r s o n l y g e o m e t r y . T h e m o r e v o c a l s t u d e n t s b r a g g e d a b o u t h o w l i t t l e e f f o r t t h e y p u t f o r t h i n t h e p a s t a n d p l a n t o p u t f o r t h i n t h e f u t u r e . T h e h y p o t h e s i s o f t h i s t h e s i s w a s b a s e d o n t h e e x p e c t a t i o n t h a t s t u d e n t s w o u l d b e m o t i v a t e d , e n g a g e d a n d t u r n e d o n t o p h y s i c s a n d s c i e n c e i n g e n e r a l b y b e c o m i n g i n v o l v e d i n h a n d s - o n a c t i v i t i e s a n d a u t h e n t i c r e s e a r c h c e n t e r i n g a r o u n d a r e l e v a n t t o p i c , a l t e r n a t i v e e n e r g y . T h e p h y s i c s u n i t s t h a t s u p p o r t t h i s t o p i c m o s t e f f e c t i v e l y a r e t h e r m o d y n a m i c s a n d e l e c t r i c i t y . S t u d e n t s s h o w e d t h e e x p e c t e d l a c k o f m o t i v a t i o n o n d a y t w o o f t h e r e s e a r c h b y f a i l i n g t o l o o k u p i n f o r m a t i o n n e e d e d f o r t h e n e x t d a y ’ s a c t i v i t y . T h i s b e h a v i o r c o n t r a s t s w i t h t h e n e x t d a y w h e n t h e y j u m p e d r i g h t i n t o t h e h a n d s - o n l a b w o r k . L o t s o f p h y s i c a l e f f o r t w a s e x p e n d e d i n c o n s t r u c t i n g c o l l e c t o r s . T h e y a l s o p u t f o r t h m e n t a l e f f o r t d u r i n g t h e w h o l e - c l a s s a n d s m a l l g r o u p d i s c u s s i o n s , t h i n k i n g c r i t i c a l l y a b o u t t h e v a r i o u s c h a r a c t e r i s t i c s t h i s l i q u i d s h o u l d p o s s e s s . T h e l a b w r i t e - u p s w e r e v e r y p o o r l y d o n e . O n l y t w o s t u d e n t s o u t o f 1 2 c o m p l e t e d t h e w h o l e p a c k e t . O n e s t u d e n t d i d n o t h a n d t h e p a c k e t i n a t a l l . O n a v e r a g e , s t u d e n t s 5 8 c o m p l e t e d o n l y 7 6 % o f t h e p a c k e t . S e v e n o f t h e e l e v e n s t u d e n t s w r o t e n o t h i n g u n d e r a n a l y s i s a n d c o n c l u s i o n . S t u d e n t s d i s p l a y e d t h e s a m e p a t t e r n o f b e h a v i o r t h r o u g h o u t t h e t h e r m o d y n a m i c s a n d e l e c t r i c i t y u n i t s . S o m e s t u d e n t s w o u l d u s u a l l y e n g a g e i n c r i t i c a l t h i n k i n g d u r i n g c l a s s d i s c u s s i o n s , b u t m a n y o f t h e i r t h o u g h t s w o u l d n o t g e t r e c o r d e d . A l m o s t a l l o f t h e s t u d e n t s w e r e e n g a g e d d u r i n g t h e h a n d s - o n p o r t i o n o f t h e l a b s , s o m e m o t i v a t e d e n o u g h t o t h i n k c r i t i c a l l y w h i l e p e r f o r m i n g t h e l a b . B u t m o s t p u t m i n i m a l e f f o r t i n t o t h e l a b w r i t e - u p , b o t h t h e p a r t s d o n e d u r i n g t h e l a b s u c h a s o b s e r v a t i o n a l q u e s t i o n s a n d c o l l e c t i n g d a t a , a s w e l l a s t h e p o r t i o n s w r i t t e n a f t e r w a r d s l i k e t h e a n a l y s i s a n d c o n c l u s i o n . D u r i n g t h e a c t i v i t y “ D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r E x p e r i m e n t ” , a m a j o r i t y o f t h e s t u d e n t s w e r e e x c i t e d a n d h a d l i v e l y d i s c u s s i o n s d u r i n g t h e p l a n n i n g p h a s e s o f t h e i r r e s e a r c h p r o p o s a l s . H o w e v e r , v e r y l i t t l e o f t h e i r p l a n s w e r e w r i t t e n d o w n o n t h e p r o p o s a l f o r m . M o s t s t u d e n t s w r o t e d o w n t h e b a r e m i n i m u m , l e a v i n g o u t i m p o r t a n t d e t a i l s l i k e w h a t t h e a b s o r b e r w o u l d b e m a d e o f o r h o w t h e y w o u l d c o l l e c t t e m p e r a t u r e d a t a ( w h i c h w a s a n i m p o r t a n t c h a l l e n g e i n m o s t o f t h e i r s e t - u p s ) . L a c k o f m o t i v a t i o n w a s a l s o a p p a r e n t i n a n y w o r k t h a t n e e d e d t o b e d o n e o u t s i d e o f c l a s s . I t d i d n o t s e e m t o m a t t e r w h e t h e r i t h a d t o d o w i t h a l t e r n a t i v e e n e r g y o r w h e t h e r i t w a s h a n d s - o n o r r e l a t e d t o a u t h e n t i c r e s e a r c h . F o r t h e “ D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r E x p e r i m e n t ” , o n l y o n e s t u d e n t b r o u g h t t h e m a t e r i a l s o n t h e d a y I h a d s c h e d u l e d t o s t a r t t h e l a b . T h e y n e x t d a y t h e y fi n a l l y a l l b r o u g h t m a t e r i a l s . O n l y o n e s t u d e n t m a d e t h e S t i r l i n g e n g i n e a t h o m e f o r e x t r a c r e d i t , a n d n o n e m a d e t h e m o d e l o f a f u e l c e l l o r h y b r i d c a r b a t t e r y . H a l f o f t h e s t u d e n t s d i d n o t h a n d t h e P a y o f f T i m e a s s i g n m e n t i n a t a l l . A n a r t i c l e o n p h o t o v o l t a i c s w a s a s s i g n e d a s a h o m e w o r k 5 9 r e a d i n g p r i o r t o t h e c l a s s b u i l d i n g p h o t o v o l t a i c c e l l s . T h e f a c t t h a t t h e r e w o u l d b e a s h o r t q u i z o v e r t h e m a t e r i a l i n t h e a r t i c l e w a s n o t e n o u g h m o t i v a t i o n t o g e t s t u d e n t s t o r e a d i t . F r o m t h e a n s w e r s t h e y g a v e , i t w a s o b v i o u s t h a t n o m o r e t h a n h a l f o f t h e s t u d e n t s h a d r e a d i t . T h i s g r o u p o f s t u d e n t s d i d n o t s e e m t o b e m o t i v a t e d m u c h b y g r a d e s . T h e t h r e e s t u d e n t s t h a t g o t g o o d g r a d e s , g o t g o o d g r a d e s c o n s i s t e n t l y , r e g a r d l e s s o f w h e t h e r t h e t o p i c h a d t o d o w i t h a l t e r n a t i v e e n e r g y a n d w h e t h e r o r n o t i t w a s a h a n d s - o n a c t i v i t y . A c c o r d i n g t o t h e s u r v e y s g i v e n a t t h e e n d o f e a c h u n i t ( s e e A p p e n d i c e s I I I E a n d I I I J ) , t h e a c t i v i t i e s t h a t s t u d e n t s l i s t e d a s b o r i n g w e r e t h i n g s t h a t a r e n o t h a n d s - o n r e g a r d l e s s o f w h e t h e r t h e y h a d t o d o w i t h a l t e r n a t i v e e n e r g y . C o n v e r s e l y , w h e n a s k e d w h a t t h e y w e r e l i k e l y t o r e m e m b e r a l o n g t i m e o r m a k e u s e o f l a t e r , m o s t o f t h e i t e m s l i s t e d h a d t o d o w i t h a l t e r n a t i v e e n e r g y . W h e n a s k e d w h y t h e y f e l t t h o s e t h i n g s w e r e t h e o n e s t h a t e n d e d u p o n t h e l i s t o f t h i n g s t h e y w o u l d r e m e m b e r o r m a k e u s e o f , t h r e e c a t e g o r i e s o f e x p l a n a t i o n s s t a n d o u t . T h e y a r e “ i n t e r e s t i n g ” , “ u s e f u l ” a n d “ r e l a t e s t o m y e v e r y d a y l i f e ” . I t w o u l d s e e m t h e n t h a t t h e s e t h r e e w o u l d b e c h i e f m o t i v a t o r s . T h e d a t a d i d n ’ t s h o w t h a t t o b e t h e c a s e . O n t h e p o s i t i v e s i d e , s t u d e n t s p u t f o r t h a l o t o f e f f o r t d u r i n g t h e p h y s i c a l p a r t o f a l l t h e h a n d s - o n a c t i v i t i e s . T h e y w e r e f o c u s e d a n d s t a y e d b u s y . T h e o n l y l a b t h i s f o c u s d i d n o t h o l d t r u e f o r w a s t h e b o i l i n g w a t e r l a b w h i c h i s m o s t l y j u s t w a i t i n g a n d r e c o r d i n g t e m p e r a t u r e s . T h e i r l e v e l o f m o t i v a t i o n h e l d f o r t h e r e s t o f t h e h a n d s - o n a c t i v i t i e s w h e t h e r t h e y h a d t o d o w i t h a l t e r n a t i v e e n e r g y o r n o t . T h e y e n j o y e d p u t t i n g e q u i p m e n t t o g e t h e r , m a n i p u l a t i n g i t , o b s e r v i n g w h a t h a p p e n e d a n d t a k i n g t h i n g s a p a r t . M o s t o f t h e i r 6 0 c o n v e r s a t i o n d u r i n g t h e p h y s i c a l p a r t o f t h e l a b s w a s a b o u t t h e l a b i t s e l f . T h e i r i n t e r e s t s e e m e d g e n u i n e a n d q u i t e o f t e n s t u d e n t s a s k e d t o s t a y a f t e r t h e b e l l t o fi n i s h u p i f t h e y r a n o u t o f t i m e . I n s u m m a r y , h a n d s - o n a c t i v i t i e s , r e g a r d l e s s o f t h e t o p i c , m o t i v a t e d t h e s e s t u d e n t s . H o w e v e r , t h e m o t i v a t i o n r e s u l t e d i n i n c r e a s e d e f f o r t d u r i n g t h e p h y s i c a l p a r t o f t h e h a n d s - o n a c t i v i t y o n l y . M o t i v a t i o n w a s s t i l l l o w f o r a n y p r e l a b o r p o s t l a b a c t i v i t y e v e n w h e n t h e s t u d e n t s w e r e a b s o l u t e l y f a s c i n a t e d w i t h t h e t o p i c d u r i n g t h e p h y s i c a l p a r t o f t h e l a b . C l a s s d i s c u s s i o n w a s o n e e x c e p t i o n . I n g e n e r a l , s t u d e n t s t h r e w t h e m s e l v e s i n t o c l a s s d i s c u s s i o n s , c o m i n g u p w i t h i n s i g h t f u l p o i n t s a n d p i g g y b a c k i n g o f f o f e a c h o t h e r ’ s i d e a s . H o w c a n w e g e t t h e f a s c i n a t i o n t o c a r r y o v e r t o t h e p o i n t w h e r e s t u d e n t s w a n t t o fi n d o u t w h y o r h o w t h e l a b w o r k s s o m u c h t h a t t h e y w i l l b e w i l l i n g t o p u t f o r t h t h e m e n t a l e f f o r t t o fi g u r e i t o u t a n d w i l l i n g t o d o w o r k o f l o o k i n g t h i n g s u p o n t h e i n t e m e t o r w r i t i n g t h i n g s d o w n o n p a p e r ? A n d w h y d o e s i t s e e m t o r e q u i r e s o m u c h e fl o r t t o t h i n k c r i t i c a l l y , c o l l e c t o n e s t h o u g h t s a n d w r i t e t h e t h o u g h t s o n p a p e r o r t o p h y s i c a l l y d o a t a s k l i k e r e s e a r c h a t o p i c o n l i n e o r g a t h e r s o m e m a t e r i a l s ? P s y c h o l o g i s t M e l L e v i n e ( 2 0 0 2 ) f e e l s t h a t i t d o e s t a k e a l o t m o r e e f f o r t f o r s o m e p e o p l e t o d o t h i s t h a n o t h e r s . I t h i n k p e r h a p s a g o o d a n a l o g y i s h o w i t t a k e s a l o t o f e f f o r t f o r s o m e p e o p l e t o b e c h e e r f u l a n d a l e r t i n t h e m o r n i n g . I t m a y b e j u s t t h e w a y t h e i r b r a i n i s w i r e d . B u t i t d o e s s e e m t h a t t h e r e a r e m o r e s t u d e n t s i n t h i s c a t e g o r y t h a n t h e r e s h o u l d b e . F o r m y p h y s i c s s t u d e n t s , i t t o o k a l o t l e s s e f f o r t , s o l e s s m o t i v a t i o n w a s n e e d e d , t o g e t t h e m e n g a g e d i n d i s c u s s i o n s r e q u i r i n g c r i t i c a l t h i n k i n g c o m p a r e d t o g e t t i n g t h e m 6 1 e n g a g e d i n w r i t t e n a s s i g n m e n t s . P e r h a p s a r e m e d y w o u l d b e t o u s e t h e d i s c u s s i o n f o r m a t a s a s t e p p i n g s t o n e t o w a r d w r i t i n g o n e ’ s t h o u g h t s o n p a p e r . 6 2 S T U D E N T E N G A G E M E N T K e y t o e v a l u a t i n g t h e l e v e l o f s t u d e n t e n g a g e m e n t , i s t h e a g r e e m e n t u p o n a d e fi n i t i o n . W e b s t e r ’ s d i c t i o n a r y s a y s t o d r a w i n t o , t o i n v o l v e ; t o a t t r a c t a n d h o l d ( t h e a t t e n t i o n ) ; t o e m p l o y o r k e e p b u s y ; o c c u p y . L o o k i n g a t t h e d e fi n i t i o n fi ' o m a n e d u c a t i o n a l t h e o r y p e r s p e c t i v e , C h e s t e r E . F l i n n i n E d u c a t i o n N e x t ( 2 0 0 6 ) t a l k s a b o u t “ s l e e v e s r o l l e d - u p e n g a g e m e n t , ” w h e r e a s D a v i d Z y n g i e r ( 2 0 0 7 ) o f M o n a s h U n i v e r s i t y i n A u s t r a l i a s p e a k s o f “ a c t i v e l y e n g a g i n g t h e i r i n t e l l i g e n c e . ” I n r e t r o s p e c t , b e f o r e e n l i s t i n g m y s t u d e n t s t o g a t h e r d a t a o n e n g a g e m e n t , w e s h o u l d h a v e d i s c u s s e d w h i c h t y p e o f e n g a g e m e n t w a s o f i n t e r e s t i n t h i s m a s t e r ’ s t h e s i s s t u d y . O r w e c o u l d h a v e m a d e a d i s t i n c t i o n b e t w e e n p h y s i c a l e n g a g e m e n t a n d i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t . P h y s i c a l e n g a g e m e n t i s c e r t a i n l y b e t t e r t h a n n o e n g a g e m e n t a t a l l . B u t i t ’ s v e r y i m p o r t a n t t o r e a l i z e t h a t t h e u l t i m a t e g o a l i n a n e d u c a t i o n a l s e t t i n g i s i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t ( C r a w f o r d 2 0 0 0 , D a r b y 2 0 0 7 , M c D e r m o t t , 1 9 9 3 ) . I t m a y b e t h a t o n l y t h e t e a c h e r h a s h a d e n o u g h t r a i n i n g t o t e l l t h e d i f f e r e n c e . T h e r e a r e n u m e r o u s d e s c r i p t o r s o f s i g n s o f i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t i n t h e l i t e r a t u r e . F o r e x a m p l e , J a m e s K u s h m a n ( 2 0 0 7 ) o f W a l d o M i d d l e S c h o o l i n S a l e m , O r e g o n r e l a t e s , “ S t u d e n t s t a l k a b o u t t h e i r p r o j e c t s a l o t — e v e n i n r e l a t i o n t o t h i n g s t h e y s e e a n d h e a r o u t s i d e o f s c h o o l . ” L i n d a D a r b y ( 2 0 0 7 ) f r o m t h e U n i v e r s i t y o f B a l l a r a t d i s c u s s e s w h a t s h o u l d h a p p e n i n t h e c l a s s r o o m . S h e a p t l y d e s c r i b e s m o r e a s p e c t s o f i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t . “ . . . f o c u s ( i n g ) a t t e n t i o n a n d p o w e r s o f o b s e r v a t i o n , d o i n g s o m e t h i n g w i t h t h e r e s u l t s . . . c l a r i f y i n g t h e i r u n d e r s t a n d i n g . . . a c c e s s ( i n g ) o l d k n o w l e d g e a n d t r a n s a c t ( i n g ) i t w i t h t h e n e w k n o w l e d g e . ” B a r b a r a C r a w f o r d ( 2 0 0 0 ) fi o m P e n n s y l v a n i a S t a t e U n i v e r s i t y t e l l s w h a t s h e o b s e r v e d i n a r o o m f u l l o f e n g a g e d h i g h s c h o o l e c o l o g y s t u d e n t s . S h e 6 3 d e s c r i b e d t h e i r s t a t e a s o n e o f “ i n t e n s e i n v o l v e m e n t ” . “ A l t h o u g h n o b e l l h a d r u n g t h e s t u d e n t s w e r e a l r e a d y i n v o l v e d i n t h e i r w o r k . ” E x a m p l e s s h e l i s t e d t h a t c o u l d b e c l a s s i fi e d a s i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t a r e a s f o l l o w s : ‘ . . . r e c o r d i n g i n n o t e b o o k s , d i s c u s s i n g o b s e r v a t i o n s w i t h o t h e r s t u d e n t s , e a g e r l y e x p l a i n i n g t h e i r p r o j e c t s t o a g u e s t a n d v o l u n t a r i l y s e a r c h i n g t h r o u g h b o o k s t o fi n d a n a n s w e r t o a q u e s t i o n t h e g u e s t h a d a b o u t t h e p r o j e c t . ” I n m y o w n p h y s i c s c l a s s r o o m t h i s y e a r , I h a v e w i t n e s s e d b e h a v i o r s t h a t c o u l d b e c l a s s i fi e d a s i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t . S t u d e n t s h a d a n i n t e n s e d i s c u s s i o n a b o u t w h e t h e r o r n o t i t w a s p o s s i b l e t o v a r y o n l y t h e c o m p o s i t i o n o f t h e a b s o r b e r w h i l e k e e p i n g s u r f a c e a r e a a n d m a s s c o n s t a n t . I t s e e m s t h a t w h e n e v e r w e w e r e b r a i n s t o r m i n g a s a c l a s s , a t l e a s t h a l f o f t h e s t u d e n t s w e r e i n t e l l e c t u a l l y e n g a g e d , v o l u n t e e r i n g i d e a s a n d d i s c u s s i n g o t h e r s ’ i d e a s . D u r i n g t h e b r a i n s t o r m i n g s e s s i o n b e f o r e p e r f o r m i n g t h e s p e c i fi c h e a t l a b , s t u d e n t s c a m e u p w i t h a l o n g l i s t o f c h a r a c t e r i s t i c s t h a t w o u l d b e d e s i r a b l e f o r t h e l i q u i d i n t h e m a n i f o l d o f a s o l a r c o l l e c t o r . O n e s t u d e n t c a m e u p w i t h i d e a s t h a t I h a d n ’ t t h o u g h t o f s o I a d d e d t h e m t o m y k e y : t h a t i t b e i n e x p e n s i v e a n d r e a d i l y a v a i l a b l e . S o m e d a y s , w h e n t h e r e w a s t i m e t o w o r k o n m a t h p r o b l e m s i n c l a s s , I w o u l d h e a r s o m e s t u d e n t s h a v i n g h e a t e d a r g u m e n t s a b o u t w h o s e m e t h o d , o r a n s w e r , w a s c o r r e c t . D u r i n g t e s t s a n d q u i z z e s s t u d e n t s w e r e i n t e l l e c t u a l l y e n g a g e d . T h e y s t a y e d f o c u s e d a n d t h o u g h t h a r d . I h a v e a l w a y s b e e n c u r i o u s a b o u t e x a c t l y w h a t h a p p e n s a t t h e s m a l l e s t p h y s i c a l s c a l e w h e n w a v e l e n g t h s a r e t r a n s m i t t e d , r e fl e c t e d o r a b s o r b e d . I r e s e a r c h e d i t t h i s p a s t s u m m e r a n d g a v e a 3 5 - m i n u t e l e c t u r e t o m y s t u d e n t s w i t h l a b e l e d d i a g r a m s . T h e i r e y e s w e r e b r i g h t . I c o u l d s e e t h e w h e e l s t u r n i n g . T h e y t o o k n o t e s a n d a s k e d q u e s t i o n s f o r t h e 6 4 w h o l e 3 5 m i n u t e s . N o t a s i n g l e p e r s o n c o m p l a i n e d a b o u t t h e l e n g t h o f t h e n o t e s . I t w a s b r a n d n e w m a t e r i a l f o r a l l o f t h e m , b u t i t b u i l t w e l l o n t o p o f t h e i r p r e v i o u s k n o w l e d g e o f t h e e l e c t r o m a g n e t i c s p e c t r u m a n d t h e m a c r o s c o p i c v i e w s o f t h e t h r e e p r o c e s s e s . T h i s l e c t u r e g r a b b e d t h e i r i n t e r e s t a n d r e s u l t e d i n i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t a s e v i d e n c e d b y t h e i r i n s i g h t f u l q u e s t i o n s a n d c o m m e n t s d u r i n g t h e l e c t u r e . D u r i n g t h e h a n d s - o n p o r t i o n s o f t h e l a b s , t h e r e i s a l w a y s t h e p o s s i b i l i t y t h a t s t u d e n t s a r e e n g a g e d p h y s i c a l l y o n l y . T h i s w a s o f t e n t r u e f o r t h e s e t w o u n i t s . B u t c o n v e r s a t i o n s I o v e r h e a r d , q u e s t i o n s I w a s a s k e d o r a c t i o n s I s a w s o m e s t u d e n t s t a k e , i n d i c a t e d t h a t t h e r e w e r e t i m e s w h e n i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t h a d i n d e e d b e e n a c h i e v e d . O n e s t u d e n t u s e d c l a y t o c o a t t h e o u t s i d e o f t h e o b j e c t s s h e w a s u s i n g a s a n a b s o r b e r s o t h a t t h e c o l o r w o u l d b e h e l d c o n s t a n t . A n o t h e r s p e n t a g o o d 1 5 m i n u t e s m a k i n g b r a c e s u n d e r t h e m a n i f o l d s d u r i n g h e r s o l a r c o l l e c t o r e x p e r i m e n t . S h e h a d n o t i c e d t h a t t h e p l a s t i c h o s i n g d r o o p e d d o w n a t e i t h e r e n d , w h i l e t h e c o p p e r t u b i n g w a s a l w a y s t h e s a m e d i s t a n c e f r o m t h e a b s o r b e r . S h e a i m e d t o e l i m i n a t e t h a t v a r i a b l e . M u l t i p l e t i m e s , w h i l e b u i l d i n g a p p a r a t u s , s t u d e n t s w o u l d a r g u e o v e r w h y s o m e t h i n g w a s n ’ t g o i n g t o w o r k o r w h y i t s h o u l d b e b u i l t a d i f f e r e n t w a y . S o m e t i m e s a s t u d e n t w o u l d l o o k b a c k t h r o u g h h i s n o t e s t o l a b e l e d d r a w i n g s w e h a d d o n e t o g e t h e r , a n d t h e n u s e t h e d r a w i n g s t o g u i d e h i s g r o u p i n c o m i n g t o a d e c i s i o n A l o t o f t h e t i m e s p e n t i n h a n d s - o n p o r t i o n s o f l a b s , w a s t i m e w h e n s t u d e n t s w e r e p h y s i c a l l y e n g a g e d , b u t n o t i n t e l l e c t u a l l y . W h i l e b u i l d i n g p h o t o v o l t a i c c e l l s , s o m e w e r e n ’ t e v e n r e a d i n g t h e i n s t r u c t i o n s c a r e f u l l y . I t s e e m e d t h e y w a n t e d t o u s e t h e i r h a n d s t o c r e a t e , b u t d i d n ’ t w a n t t o i n v o l v e t h e i r m i n d s . O n e s t u d e n t g r o u n d u p t h e h i b i s c u s p e t a l s r a t h e r t h a n t i t a n i u m o x i d e i n t h e m o r t a r a n d p e s t l e . O n e g r o u p u s e d a p i p e t t e t h a t 6 5 h a d n o g r a d u a t e d m a r k i n g s t o “ m e a s u r e ” o u t o n e m i l l i l i t e r o f n i t r i c a c i d . S o m e s t u d e n t s d e s i g n a t e t h e m s e l v e s a s t h e e q u i p m e n t m a n i p u l a t o r . Y o u c a n h e a r t h e m s a y t h i n g s l i k e , “ I d o n ’ t w a n t t o r e a d i t . Y o u j u s t r e a d i t a n d t e l l m e w h a t t o d o . ” W h e n I a s k e d a s t u d e n t w h y t h e y g o t t h e r e s u l t t h e y d i d , s h e s a i d , “ I h a v e n o c l u e . I w a s j u s t o p e r a t i n g t h e m u l t i m e t e r . ” T h e r e w e r e a l s o t i m e s w h e n s t u d e n t s w e r e n e i t h e r i n t e l l e c t u a l l y n o r p h y s i c a l l y e n g a g e d . D a t a f r o m a c t i v i t i e s , a s s e s s m e n t s a n d o b s e r v a t i o n s I r e c o r d e d i n t h e n o t e b o o k o f a n e c d o t a l c o m m e n t a r y , s h o w t h a t a c t i v i t i e s m o s t o f t e n r e s u l t i n g i n d i s e n g a g e m e n t w e r e g o i n g o v e r t h e p r e v i o u s d a y ’ s h o m e w o r k , w a t c h i n g v i d e o s a n d s i l e n t r e a d i n g . I n s u m m a r y , t h e r e i s a d i f f e r e n c e b e t w e e n p h y s i c a l e n g a g e m e n t a n d i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t . I n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t i s t h e u l t i m a t e g o a l a n d h a r d e r t o a c h i e v e t h a n p h y s i c a l e n g a g e m e n t . A c t i v i t i e s t h a t p r o v e d m o s t a p t t o r e s u l t i n i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t w e r e c l a s s d i s c u s s i o n s a n d l a b s w h e r e s t u d e n t s h a d t o d e s i g n t h e p r o c e d u r e a n d e q u i p m e n t o r h a d t o m a k e d e c i s i o n s o r i n t e r p r e t o b s e r v a t i o n s i n o r d e r t o m o v e o n t o t h e n e x t s t e p . T e s t s a n d q u i z z e s a l s o r e s u l t i n i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t . 6 6 M A S T E R Y O F B E N C H M A R K S F o r t h e t h e r m o d y n a m i c s u n i t , a l t h o u g h t h e r e w e r e g a i n s i n m o s t c a t e g o r i e s , m o s t s t u d e n t s w e r e s t i l l n o t e x h i b i t i n g m a s t e r y ( 8 0 % o r g r e a t e r ) . H o w e v e r , i t i s n o t e w o r t h y t h a t t h e s e s t u d e n t s s t a r t e d w i t h v e r y l o w p r i o r k n o w l e d g e s c o r e s a n d h a v e a h i s t o r y o f l o w o r m e d i o c r e p e r f o r m a n c e o n a v e r a g e . A c c o r d i n g t o t h e p e r c e n t a g e g a i n e d ( T a b l e 3 ) , t h e u n i t w a s m o s t e f f e c t i v e a t t e a c h i n g h o w t o c a l c u l a t e fi n a l t e m p e r a t u r e s o f t w o l i q u i d s . T h e a v e r a g e p r e t e s t s c o r e f o r t h i s b e n c h m a r k w a s 6 % c o m p a r e d t o a n a v e r a g e p o s t t e s t s c o r e o f 7 6 % . N o t e t h o u g h , t h a t s t u d e n t s h a d v e r y l i t t l e p r i o r k n o w l e d g e i n t h i s a r e a E n e r g y c o n s e r v a t i o n s h o w e d t h e s e c o n d h i g h e s t g a i n ( T a b l e 3 ) w i t h a n a v e r a g e p r e t e s t s c o r e o f 9 % a n d a v e r a g e p o s t t e s t s c o r e o f 7 6 % . H o w e v e r , t h o s e d a t a a r e b a s e d o n r e s p o n s e s t o o n l y o n e q u e s t i o n w h i c h a d d r e s s e d t w o b e n c h m a r k s . T h e u n i t w a s e f f e c t i v e i n t e a c h i n g e n e r g y t r a n s f e r a n d t r a n s f o r m a t i o n , e n e r g y c o n s e r v a t i o n , c a l c u l a t i n g t h e fi n a l t e m p e r a t u r e s o f t w o l i q u i d s a n d s c i e n t i fi c i n q u i r y . I m p r o v e m e n t s a r e n e e d e d t o r a i s e s c o r e s f o r n a m i n g d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m e n e r g y , r a y d i a g r a m s a n d a l s o e n e r g y t r a n s f e r a n d t r a n s f o r m a t i o n a s g a i n s o n s o m e q u e s t i o n s a d d r e s s i n g t h i s b e n c h m a r k w e r e n o t s t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t . N o t e t h a t t h e s t u d e n t s ’ u n d e r s t a n d i n g o f h o w t h e d e v i c e s w o r k e d i n c r e a s e d d r a m a t i c a l l y f r o m a b a s e l i n e o f z e r o , b u t t h e b e n c h m a r k s o n l y a s k t h a t s t u d e n t s b e a b l e t o n a m e t h e m . T h e e l e c t r i c i t y u n i t d o e s n o t a p p e a r t o b e a s e f f e c t i v e a s t h e t h e r m o d y n a m i c s u n i t f o r t h e b e n c h m a r k s m e a s u r e d . R e s u l t s s h o w s t u d e n t s h a d g r e a t e r p r i o r k n o w l e d g e o f e l e c t r i c i t y t h a n t h e r m o d y n a m i c s . I m p r o v e m e n t s i n e l e c t r i c i t y s c o r e s w e r e l e s s t h a n 6 5 % 6 7 f o r a l l t o p i c s e x c e p t v o l t a g e . S t a t i s t i c a l l y s i g n i fi c a n t g a i n s ( T a b l e 4 ) w e r e s e e n o n l y f o r s c o r e s o n v o l t a g e a n d d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m l i g h t e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . F o r b o t h t h e r m o d y n a m i c s a n d e l e c t r i c i t y , t h e c o n c e p t s I t a u g h t w e n t m u c h d e e p e r t h a n t h e s t a t e b e n c h m a r k s . T h a t i s n o t r e fl e c t e d i n t h e d a t a a b o v e a s t h e d a t a w e r e a n a l y z e d o n l y f o r i n c r e a s e s i n k n o w l e d g e s p e c i fi e d b y t h e b e n c h m a r k s . 6 8 P O S S I B L E F O L L O W - U P S T U D I E S F o l l o w i n g i s a s a m p l i n g o f q u e s t i o n s t h a t c o u l d f r a m e f o l l o w - u p s t u d i e s . Q u _ a l i t y o f E n g a g e m e n t I f h i g h e r o r d e r t h i n k i n g i s a n e s s e n t i a l c o m p o n e n t o f q u a l i t y e n g a g e m e n t , h o w w o u l d a r e s e a r c h e r d e t e r m i n e o b j e c t i v e l y w h e t h e r i t w a s o c c u r r i n g ? S m a l l D a t a S e t T h e d a t a f o r t h i s t h e s i s w e r e t a k e n f r o m a v e r y s m a l l c l a s s o f p h y s i c s s t u d e n t s , 1 3 a t t h e b e g i n n i n g o f t h e fi r s t u n i t a n d 1 2 b y t h e b e g i n n i n g o f t h e s e c o n d u n i t ; a l a r g e p e r c e n t a g e o f t h e s e w e r e n o t h i g h a c h i e v e r s . I f t h i s s t u d y w a s r e p e a t e d w i t h a m u c h l a r g e r n u m b e r o f s t u d e n t s w o u l d t h e r e s u l t s b e d i f f e r e n t ? H a n d s - O n T h e d a t a f r o m t h i s s t u d y i n d i c a t e t h a t w h e t h e r o r n o t t h e a c t i v i t y i s h a n d s - o n p l a y s a l a r g e r r o l e i n d e t e r m i n i n g t h e l e v e l o f m o t i v a t i o n t h a n d o e s t h e t o p i c . I f t h e g o a l i s i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t , w h i c h t y p e s o f h a n d s - o n a c t i v i t i e s l e a d t o t h a t t y p e o f e n g a g e m e n t a n d w h i c h d o n o t ? T h i s s t u d y w o u l d n e c e s s i t a t e d e v e l o p m e n t o f a m e t h o d f o r i d e n t i f y i n g a n d q u a n t i f y i n g i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t . V a r i e t y o f P e d a g o g i c a l M e t h o d s A s i d e f r o m t h e n o t i o n t h a t d i f f e r e n t s t u d e n t s l e a r n i n d i f f e r e n t w a y s , f o r t h e s i n g l e s t u d e n t i s i t b e t t e r t o u s e a v a r i e t y o f m e t h o d s r a t h e r t h a n a l l o n e t y p e ? I s t h e r e o n e m e t h o d t h a t m a y b e b e t t e r f o r m a t h e m a t i c a l l y o r i e n t e d c o n c e p t s w h i l e a n o t h e r i s b e t t e r f o r q u a l i t a t i v e t y p e s . A n d / o r i s v a r i e t y o f m e t h o d s a w a y o f k e e p i n g t h e s t u d e n t s ’ i n t e r e s t a n d a v o i d i n g i n t e l l e c t u a l f a t i g u e o r a p a t h y ? 6 9 L a b e l e d D fl r w i n g a T h e r e a r e t w o s t u d i e s t h a t c o u l d b e d o n e i n t h i s a r e a . F i r s t , a r e g r a p h i c a l r e p r e s e n t a t i o n s a n d l a b e l e d d r a w i n g s m o r e e f f e c t i v e t h a n s e n t e n c e s o f l e c t u r e n o t e s ? S e c o n d l y , w h a t p e d a g o g i c a l m e t h o d w o r k s w e l l t o g e t s t u d e n t s t o c r e a t e t h e s e v i s u a l p i c t o g r a p h s o n t h e i r o w n ? I e x p e c t t h a t t h e c o g n i t i v e a c t o f c r e a t i n g t h e m h e l p s m a k e c o n n e c t i o n s i n t h e b r a i n b e t w e e n t h a t m a t e r i a l a n d p r i o r k n o w l e d g e a n d a l s o t o r e a l l i f e a p p l i c a t i o n s . I n t e r e s t , M o t i v a t i o n J a n d A t t i t u d e I n m y t e a c h i n g e x p e r i e n c e i t s e e m s t h a t a s a g r o u p , s t u d e n t s ’ i n t e r e s t , m o t i v a t i o n a n d a t t i t u d e s a r e d e t e r i o r a t i n g y e a r b y y e a r . A s t u d y a t t e m p t i n g t o fi n d w h e t h e r t h i s i s a c t u a l l y t h e c a s e , a n d i f s o i n v e s t i g a t i o n o f t h e c a u s e w o u l d b e v e r y v a l u a b l e . I f w e d o n o t fi g u r e o u t a n d w o r k o n t h e c a u s e o f t h e p r o b l e m , o u r e f f o r t s t o d e s i g n q u a l i t y c u r r i c u l u m a n d p e d a g o g i c a l m e t h o d s w i l l b e i n v a i n . M o r e L i k e C o l l e g e W o u l d s t u d e n t s h a v e g r e a t e r i n t e r e s t a n d p u t f o r t h m o r e e f f o r t i f h i g h s c h o o l w e r e m o r e l i k e c o l l e g e , o r i f t h e y e n t e r e d c o l l e g e a f t e r t w o y e a r s o f h i g h s c h o o l ? M a n y t e a c h e r s h a v e l o w e r e d t h e r i g o r o f c o u r s e s t o m a t c h t h e l o w m o t i v a t i o n o f t h e s t u d e n t s . I f s t u d e n t s d o n ’ t d o h o m e w o r k , s o m e t e a c h e r s q u i t a s s i g n i n g h o m e w o r k . I f s t u d e n t s d o n ’ t s t u d y f o r t e s t s , s o m e t e a c h e r s b e g i n g i v i n g t e s t s t h a t s t u d e n t s c a n p a s s w i t h o u t s t u d y i n g . T h e r i g o r i n m a n y s c i e n c e c o u r s e s h a s d r o p p e d t o t h a t o f t h e e l e m e n t a r y s c h o o l l e v e l . T h i s c o u l d c a u s e a v i c i o u s c y c l e o f a p a t h y a n d b o r e d o m . W o u l d w e r e c a p t u r e t h e i n t e r e s t 7 0 o f s t u d e n t s i f w e r a i s e s t a n d a r d s a n d t e a c h t h i n g s t h a t d e l v e d e e p e r i n t o d e t a i l s a n d r e q u i r e m o r e h i g h e r o r d e r t h i n k i n g ? 7 1 P R O P O S E D C H A N G E S I N T H E U N I T S A d d i t i o n _ s N e e d e d t o M e e t B e n c h m a g s L o o k i n g b a c k o v e r t h e b e n c h m a r k s a f t e r c o m p l e t i n g t h e u n i t s , t h e r e a r e s o m e b e n c h m a r k s t h a t t h e u n i t s f a i l e d t o c o v e r . T h e u n i t s a r e a l r e a d y l e n g t h y , a n d t h e r e a r e v e r y f e w a c t i v i t i e s I p l a n t o d e l e t e , s o i t w i l l t a k e s o m e c r e a t i v i t y t o i n s e r t t h e m i s s i n g b e n c h m a r k s i n t o t h e u n i t i n a w a y t h a t i s m e a n i n g f u l a n d y e t t a k e s u p l i t t l e c l a s s t i m e . T h e f o l l o w i n g b e n c h m a r k s n e e d t o b e i n c l u d e d i n t h e e l e c t r i c i t y u n i t i n f u t u r e y e a r s : P 3 . 7 B : E x p l a i n i n g w h y a c q u i r i n g a l a r g e e x c e s s s t a t i c c h a r g e ( e . g . p u l l i n g o f f a w o o l c a p , t o u c h i n g a V a n d e G r a f f g e n e r a t o r , c o m b i n g ) a f f e c t s y o u r h a i r . T h i s i s n o t i n t h e f o r m a l l e s s o n p l a n s , b u t I d i d e n d u p e x p l a i n i n g i t t h i s y e a r . P 3 . 7 d : I d e n t i f y e x a m p l e s o f i n d u c e d s t a t i c c h a r g e s . T h i s c o u l d j u s t b e i n c l u d e d a s a q u e s t i o n i n a h o m e w o r k a s s i g n m e n t a n d r e i n f o r c e d b y a s k i n g i t a g a i n o n t h e h o m e w o r k q u i z t h e n e x t d a y . P 3 . 7 e : E x p l a i n w h y a n a t t r a c t i v e f o r c e r e s u l t s f r o m b r i n g i n g a c h a r g e d o b j e c t n e a r a n e u t r a l o b j e c t . O n o n e o f t h e i r h o m e w o r k q u i z z e s I a s k t h e m t o d r a w w h a t h a p p e n s w h e n t h e s e t w o a r e b r o u g h t t o g e t h e r . T h e q u e s t i o n s h o u l d g o o n t o a s k w h y i t h a p p e n s . P 3 . 7 f : D e t e r m i n e t h e n e w e l e c t r i c f o r c e i n c h a r g e d o b j e c t s a f t e r t h e y t o u c h a n d a r e t h e n s e p a r a t e d . P 4 . 1 0 A : E x p l a i n h o w c i r c u i t b r e a k e r s a n d f u s e s p r o t e c t h o u s e h o l d a p p l i a n c e s . T h i s w a s c o v e r e d i n m y p r e v i o u s e l e c t r i c i t y u n i t i n a s e t o f n o t e s w h i c h i n c l u d e d a l a b e l e d d r a w i n g . I a l s o s h o w e d h o w a t h e r m o s t a t w o r k s a t t h e s a m e t i m e . T h o s e n o t e s n e e d t o b e a d d e d b a c k i n t o t h i s n e w u n i t , a f t e r t h e s t u d e n t s h a v e b u i l t c i r c u i t s , a s s o m e o f t h e m n o t i c e h o w h o t t h e b a t t e r i e s a n d w i r e s g e t . 7 2 P 4 . 1 0 i : C o m p a r e t h e e n e r g y u s e d i n o n e d a y b y c o m m o n h o u s e h o l d a p p l i a n c e s . S t u d e n t s s h o u l d h a v e t h e i r o w n c o p y o f t h e C o n s u m e r ’ s E n e r g y p a m p h l e t , o r s e a r c h e d o n l i n e , a n d m a d e a b a r g r a p h t o v i s u a l l y r e p r e s e n t t h e c o m p a r i s o n s . T h i s c o u l d b e g i v e n a s a h o m e w o r k a s s i g n m e n t t o s a m e c l a s s t i m e . P 4 . 1 0 j : E x p l a i n t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n e l e c t r i c p o w e r a n d e l e c t r i c e n e r g y a s u s e d i n b i l l s fi ' o m a n e l e c t r i c c o m p a n y . T h e s t u d e n t s l e a r n a n d u s e t h e e q u a t i o n s f o r P = V I a n d E = P t a n d w e d o a s a m p l e c a l c u l a t i o n o f e n e r g y c o s t w h e n i n t r o d u c i n g t h e k i l o w a t t h o u r . B u t h a v i n g s t u d e n t s u s e t h e i r o w n h o u s e h o l d ’ s e n e r g y b i l l i n s o m e a s s i g n m e n t o r a c t i v i t y w o u l d d e fi n i t e l y h e l p t i e t h e l e s s o n t o t h e i r e v e r y d a y l i f e . P e r h a p s c a l c u l a t i n g h o w m a n y t i m e s t h e y w o u l d h a v e t o f o r e g o t a k i n g a h o t s h o w e r o r h o w m a n y l i g h t s w o u l d h a v e t o b e t u r n e d o f f f o r a c e r t a i n n u m b e r o f h o u r s w o u l d e m p h a s i z e w h i c h a p p l i a n c e s r e a l l y u s e t h e b u l k o f t h e e n e r g y . I t w o u l d a l s o h e l p i l l u s t r a t e w h y c o n v e r t i n g a w a t e r h e a t i n g s y s t e m t o s o l a r w o u l d h a v e a g r e a t e r i m p a c t t h a n s p e n d i n g t h e s a m e a m o u n t o f m o n e y o n p h o t o v o l t a i c s t o r u n y o u r l i g h t s . A t h e r m o d y n a m i c s b e n c h m a r k t h a t c o u l d n o t b e c o v e r e d i n t h i s c h a p t e r i s P 4 . 1 l a : C a l c u l a t e t h e e n e r g y l o s t t o s u r r o u n d i n g s w h e n w a t e r i n a h o m e w a t e r h e a t e r i s h e a t e d f r o m r o o m t e m p e r a t u r e t o t h e t e m p e r a t u r e n e c e s s a r y t o u s e i n a d i s h w a s h e r , g i v e n t h e e f fi c i e n c y o f a h o m e h o t w a t e r h e a t e r . T h e s t u d e n t s a r e n ’ t i n t r o d u c e d t o e f fi c i e n c y c a l c u l a t i o n s u n t i l t h e u n i t o n w o r k . S o t h e b e n c h m a r k n e e d s t o b e a d d e d t o t h a t u n i t . O p t i c s b e n c h m a r k s n o t c o v e r e d i n t h e t h e r m o d y n a m i c s u n i t c a n b e , a n d w e r e , i n c l u d e d i n a u n i t l a t e r i n t h e y e a r c a l l e d “ W a v e s ” . 7 3 C h a n g e s T h a t W i l l b e M a d e B a s e d o n t h e D a t a E x t r a g u i d a n c e m a y b e n e e d e d d u r i n g h a n d s - o n a c t i v i t i e s t o h e l p i n s u r e t h a t s t u d e n t s b e c o m e i n t e l l e c t u a l l y e n g a g e d . I p l a n t o f o c u s o n a s k i n g l e a d i n g q u e s t i o n s a s I c i r c u l a t e a m o n g t h e g r o u p s n e x t y e a r . A s a n e x a m p l e , d u r i n g t h e s p e c i fi c h e a t l a b I c o u l d s a y , “ I s e e y o u r a l u m i n u m s a m p l e i s s t i c k i n g u p a b o v e t h e s u r f a c e o f t h e w a t e r . W h y w o u l d i t b e b e t t e r t o h a v e i t t o t a l l y i m m e r s e d ? ” O r d u r i n g t h e V o l t a i c P i l e L a b I c o u l d a s k , “ H o w c o u l d t h e s i z e a n d s h a p e o f t h e p a p e r t o w e l ( w h i c h i s s o a k e d i n e l e c t r o l y t e ) a f f e c t t h e c i r c u i t ? ” H o w e v e r , t h e d a t a a l s o S h o w t h a t s t u d e n t m o t i v a t i o n f o r d o i n g p o s t l a b a c t i v i t i e s w a s h i g h e s t f o r B u i l d i n g R o c k e t s w h i c h w a s d e s i g n e d t o h a v e s t u d e n t s f o c u s o n p h y s i c a l e n g a g e m e n t d u r i n g t h e l a b . T h e i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t w a s s a v e d f o r f o l l o w - u p t h e n e x t d a y . I p l a n t o c h a n g e b o t h t h e E l e c t r o l y s i s L a b a n d t h e B u i l d i n g a P h o t o v o l t a i c C e l l L a b t o t h a t f o r m a t a n d c o m p a r e m o t i v a t i o n r e s u l t s w i t h t h a t o f t h e o t h e r l a b s . S t u d e n t m o t i v a t i o n w a s v e r y l o w f o r h o m e w o r k a s s i g n m e n t s o f a l l t y p e s . I w i l l t r y t o s p a r k i n t e r e s t i n e a c h o f t h e a s s i g n m e n t s a s k i n g a q u e s t i o n t h a t w i l l p i q u e t h e i r c u r i o s i t y a n d a l s o b y t e l l i n g s o m e s t o r y o r i n t e r e s t i n g n e w s i t e m a b o u t t h e t o p i c o f t h e a s s i g n m e n t a s I h a n d i t o u t . F o r e x a m p l e , w h e n d e s c r i b i n g t h e P a y o f f T i m e a s s i g n m e n t , I c o u l d t e l l t h e s t o r y a b o u t m y f a t h e r w a n t i n g t o i n s t a l l a g e o t h e r m a l s y s t e m . H i s f r i e n d s t o l d h i m t h a t a t i t w o u l d n o t p a y f o r i t s e l f w h i l e h e w a s s t i l l a l i v e . H e i s 7 2 . I c o u l d a s k s t u d e n t s t o t r y t o fi n d o u t f o r m e w h e t h e r h i s fi i e n d s w e r e r i g h t . M o s t a c t i v i t i e s i n t h e e l e c t r i c i t y u n i t n e e d i m p r o v e m e n t a s o n l y t w o b e n c h m a r k s s h o w e d s i g n i fi c a n t g a i n s . T h e e x t r a g u i d a n c e d u r i n g h a n d s - o n a c t i v i t i e s m a y h e l p h e r e a s w e l l a s r e w r i t i n g s o m e o f t h e l a b m a t e r i a l s , e s p e c i a l l y t h e e l e c t r o l y s i s l a b . S t u d e n t s w e r e 7 4 c o n f u s e d a b o u t b a t t e r i e s a n d e l e c t r o l y t i c c e l l s a f t e r d o i n g t h e l a b . I p l a n t o r e m o v e m u c h o f t h e e l e c t r o c h e m i s t r y d e t a i l f r o m t h e l a b p a c k e t a n d u s e i t a s a f o l l o w - u p a c t i v i t y . I m a y n o t a t t e m p t t h e e x t r a c r e d i t a c t i v i t y B u i l d i n g a 3 - D M o d e l n e x t y e a r a s t h e r e w a s n o t i n t e r e s t i n i t t h i s y e a r . A n d I m a y e l i m i n a t e t h e a s s i g n e d a r t i c l e s a s w e w i l l h a v e l e s s t i m e n e x t y e a r ( d u e t o s h o r t e n e d h o u r s ) a n d f e w s t u d e n t s w e r e m o t i v a t e d t o r e a d t h e m . T h e y c o u l d b e o f f e r e d a s e n r i c h m e n t o r e x t r a c r e d i t i n s t e a d . A f t e r s p e n d i n g t h e y e a r d e v e l o p i n g t h e u n i t s , t e a c h i n g t h e p i l o t c l a s s e s a n d e n g a g i n g i n e x t e n d e d a n a l y s i s a n d r e fl e c t i o n , I a m l o o k i n g f o r w a r d t o t h e s e c o n d y e a r . T h e u n i t s w e r e e f f e c t i v e a t t e a c h i n g m a n y o f t h e b e n c h m a r k s a c c o r d i n g t o s c o r e s o n t h e p r e t e s t s a n d p o s t t e s t s . A m a j o r i t y o f t h e a c t i v i t i e s r e s u l t e d i n h i g h m o t i v a t i o n a n d i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t d u r i n g t h e p h y s i c a l p o r t i o n o f t h e a c t i v i t y a n d c l a s s d i s c u s s i o n b e f o r e a n d a f t e r . I a m e a g e r t o m a k e c h a n g e s t h a t I e x p e c t w i l l c a r r y t h a t m o t i v a t i o n a n d i n t e l l e c t u a l e n g a g e m e n t t h r o u g h t h e p o s t l a b a c t i v i t i e s . T h i s w o u l d r e s u l t i n h i g h e r g a i n s i n k n o w l e d g e o f t h e b e n c h m a r k s . T h e s t u d e n t s h a v e b e e n i n t r o d u c e d t o a r e a l l i f e a p p l i c a t i o n o f p h y s i c s a n d f o r s o m e , i t s p a r k e d a l a s t i n g i n t e r e s t . I e x p e c t g a i n s i n s t u d e n t k n o w l e d g e t o i m p r o v e e v e r y y e a r a s I m a k e c h a n g e s , g e t m o r e f a m i l i a r w i t h t h e c o n t e n t a n d b e c o m e m o r e p o l i s h e d i n t h e d e l i v e r y . 7 5 A P P E N D I X I B E N C H M A R K S A N D L E S S O N P L A N S A P P E N D I X I A T H E R M O D Y N A M I C S A N D O P T I C S U N I T M I C H I G A N B E N C H M A R K S C O V E R E D T h e b e n c h m a r k s r e f e r r e d t o a r e f o u n d i n t h e M i c h i g a n H i g h S c h o o l S c i e n c e C o n t e n t E x p e c t a t i o n s f o r P h y s i c s p u b l i s h e d b y t h e M i c h i g a n D e p a r t m e n t o f E d u c a t i o n i n O c t o b e r o f 2 0 0 6 . S p e c i fi c H e a t L a b f o r S o l a r C o l l e c t o r s P l . 1 C - C o n d u c t s c i e n t i fi c i n v e s t i g a t i o n s u s i n g a p p r o p r i a t e t o o l s a n d t e c h n i q u e s . P 1 . 1 D — I d e n t i f y p a t t e r n s i n d a t a a n d r e l a t e t h e m t o t h e o r e t i c a l m o d e l s . P 1 . 1 E — D e s c r i b e a r e a s o n f o r a g i v e n c o n c l u s i o n u s i n g e v i d e n c e f r o m a n i n v e s t i g a t i o n . P 1 . 2 g — I d e n t i f y s c i e n t i fi c t r a d e - o f f s i n d e s i g n d e c i s i o n s a n d c h o o s e a m o n g a l t e r n a t i v e s o l u t i o n s . P 4 . 9 B - E x p l a i n h o w v a r i o u s m a t e r i a l s r e fl e c t , a b s o r b o r t r a n s m i t l i g h t i n d i f f e r e n t w a y s . A b s o r b a n c e a n d E m i s s i o n L a b f o r P a s s i v e S o l a r H e a t i n g P 1 . 1 C — C o n d u c t s c i e n t i fi c i n v e s t i g a t i o n s u s i n g a p p r o p r i a t e t o o l s a n d t e c h n i q u e s . P 1 . 1 D — I d e n t i f y p a t t e r n s i n d a t a a n d r e l a t e t h e m t o t h e o r e t i c a l m o d e l s . P 1 . 1 E - D e s c r i b e a r e a s o n f o r a g i v e n c o n c l u s i o n u s i n g e v i d e n c e f r o m a n i n v e s t i g a t i o n . P 1 . 2 j — A p p l y s c i e n c e p r i n c i p l e s o r d a t a t o a n t i c i p a t e e f f e c t s o f t e c h n o l o g i c a l d e s i g n d e c i s i o n s . P 4 . 9 B — E x p l a i n h o w v a r i o u s m a t e r i a l s r e fl e c t , a b s o r b o r t r a n s m i t l i g h t i n d i f f e r e n t w a y s . P 4 . 6 A — I d e n t i f y t h e d i f f e r e n t r e g i o n s o n t h e e l e c t r o m a g n e t i c s p e c t r u m a n d c o m p a r e t h e m i n t e r m s o f w a v e l e n g t h , f r e q u e n c y a n d e n e r g y . P 4 . 8 A — D r a w r a y d i a g r a m s t o i n d i c a t e h o w l i g h t r e fl e c t s o f f o b j e c t s o r r e fi ' a c t s i n t o t r a n s p a r e n t m e d i a . 7 6 P 4 . 8 B — P r e d i c t t h e p a t h o f r e fl e c t e d l i g h t fi ' o m fl a t ( c u r v e d o r r o u g h ) s u r f a c e s . P 4 . 6 h — E x p l a i n t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e f r e q u e n c y o f a n e l e c t r o m a g n e t i c w a v e a n d i t s t e c h n o l o g i c a l u s e s . P 4 . 1 B — E x p l a i n i n s t a n c e s o f e n e r g y t r a n s f e r b y w a v e s . P 4 . 5 A — I d e n t i f y e v e r y d a y e x a m p l e s o f e n e r g y t r a n s f e r b y w a v e s a n d t h e i r s o u r c e s . D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r E x p e r i m e n t P l . 1 A — G e n e r a t e n e w q u e s t i o n s t h a t c a n b e i n v e s t i g a t e d i n t h e l a b o r a t o r y o r fi e l d . P l . 1 B — E v a l u a t e t h e u n c e r t a i n t i e s o r v a l i d i t y o f s c i e n t i fi c c o n c l u s i o n s u s i n g a n u n d e r s t a n d i n g o f s o u r c e s o f m e a s u r e m e n t e r r o r , t h e c h a l l e n g e s o f c o n t r o l l i n g v a r i a b l e , a c c u r a c y o f d a t a a n a l y s i s , l o g i c o f a r g u m e n t , l o g i c o f e x p e r i m e n t a l d e s i g n , a n d / o r t h e d e p e n d e n c e o n u n d e r l y i n g a s s u m p t i o n s . P 1 . 1 C — C o n d u c t s c i e n t i fi c i n v e s t i g a t i o n s u s i n g a p p r o p r i a t e t o o l s a n d t e c h n i q u e s . P 1 . 1 E — D e s c r i b e a r e a s o n f o r a g i v e n c o n c l u s i o n u s i n g e v i d e n c e f r o m a n i n v e s t i g a t i o n . P 1 . 1 f — P r e d i c t w h a t w o u l d h a p p e n i f t h e v a r i a b l e s , m e t h o d s o r t i m i n g o f a n i n v e s t i g a t i o n w e r e c h a n g e d . P 1 . 1 g — B a s e d o n e m p i r i c a l e v i d e n c e , e x p l a i n a n d c r i t i q u e t h e r e a s o n i n g u s e d t o d r a w a s c i e n t i fi c c o n c l u s i o n o r e x p l a n a t i o n . P 1 . 1 h — D e s i g n a n d c o n d u c t a s y s t e m a t i c s c i e n t i fi c i n v e s t i g a t i o n t h a t t e s t s a h y p o t h e s i s . D r a w c o n c l u s i o n s f r o m d a t a p r e s e n t e d i n c h a r t s o r t a b l e s . P 1 . 2 A — C r i t i q u e w h e t h e r o r n o t s p e c i fi c q u e s t i o n s c a n b e a n s w e r e d t h r o u g h s c i e n t i fi c i n v e s t i g a t i o n s . P 1 . 2 D — E v a l u a t e s c i e n t i fi c t r a d e o f f s i n d e s i g n d e c i s i o n s a n d c h o o s e a m o n g a l t e r n a t i v e s o l u t i o n s . P 1 . 2 g — I d e n t i f y s c i e n t i fi c t r a d e - o f f s i n d e s i g n d e c i s i o n s a n d c h o o s e a m o n g a l t e r n a t i v e s o l u t i o n s . P l . 2 j — A p p l y s c i e n c e p r i n c i p l e s o r d a t a t o a n t i c i p a t e e f f e c t s o f t e c h n o l o g i c a l d e s i g n d e c i s i o n s . P 4 . 1 B - — E x p l a i n i n s t a n c e s o f e n e r g y t r a n s f e r b y w a v e s a n d o b j e c t s i n e v e r y d a y 7 7 a c t i v i t i e s . S t u d y G u i d e P 4 . 1 A — A c c o u n t f o r a n d r e p r e s e n t e n e r g y i n t o a n d o u t o f s y s t e m s u s i n g e n e r g y t r a n s f e r d i a g r a m s . ( S o l a r h o t w a t e r s y s t e m . ) P 4 . 1 B — E x p l a i n i n s t a n c e s o f e n e r g y t r a n s f e r b y w a v e s a n d o b j e c t s i n e v e r y d a y a c t i v i t i e s . P 4 . 2 A — A c c o u n t f o r a n d r e p r e s e n t e n e r g y t r a n s f e r a n d t r a n s f o r m a t i o n i n c o m p l e x p r o c e s s e s . P 4 . 2 B — N a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m s p e c i fi c t y p e s o f e n e r g y i n t o o t h e r t y p e s . P 4 . 2 C — E x p l a i n h o w e n e r g y i n c o n s e r v e d i n c o m m o n s y s t e m s . P 4 . 2 f — I d e n t i f y a n d l a b e l t h e e n e r g y i n p u t s , t r a n s f o r m a t i o n s a n d o u t p u t s u s i n g q u a l i t a t i v e o r q u a n t i t a t i v e r e p r e s e n t a t i o n s i n s i m p l e t e c h n o l o g i c a l s y s t e m s t o s h o w e n e r g y c o n s e r v a t i o n . P 4 . 5 A — I d e n t i f y e v e r y d a y e x a m p l e s o f e n e r g y t r a n s f e r b y w a v e s a n d t h e i r s o u r c e s . P 4 . 6 A — I d e n t i f y t h e d i f f e r e n t r e g i o n s i n t h e e l e c t r o m a g n e t i c s p e c t r u m a n d c o m p a r e t h e m i n t e r m s o f w a v e l e n g t h , f r e q u e n c y a n d e n e r g y . P 4 . 6 h — E x p l a i n t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e f r e q u e n c y o f a n e l e c t r o m a g n e t i c w a v e a n d i t s t e c h n o l o g i c a l u s e s . P 4 . 8 A — D r a w r a y d i a g r a m s t o i n d i c a t e h o w l i g h t r e fl e c t s o f f o b j e c t s o r r e f r a c t s i n t o t r a n s p a r e n t m e d i a . P 4 . 8 B — P r e d i c t t h e p a t h o f r e fl e c t e d l i g h t f r o m fl a t , c u r v e d o r r o u g h s u r f a c e s . P 4 . 1 l b — C a l c u l a t e t h e fi n a l t e m p e r a t u r e o f t w o l i q u i d s ( s a m e o r d i f f e r e n t m a t e r i a l s ) a t t h e s a m e o r d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s a n d m a s s e s t h a t a r e c o m b i n e d . B o i l i n g W a t e r L a b P l . 1 D — I d e n t i f y p a t t e r n s i n d a t a a n d r e l a t e t h e m t o t h e o r e t i c a l m o d e l s . P l . 1 E - D e s c r i b e a r e a s o n f o r a g i v e n c o n c l u s i o n u s i n g e v i d e n c e fi ' o m a n i n v e s t i g a t i o n . P 4 . 2 A — A c c o u n t f o r a n d r e p r e s e n t e n e r g y t r a n s f e r a n d t r a n s f o r m a t i o n i n c o m p l e x p r o c e s s e s . 7 8 P 4 . 3 A — I d e n t i f y t h e f o r m o f e n e r g y i n g i v e n s i t u a t i o n s . fl y o f f T i m e H o m e w o r k P 1 . 1 E — D e s c r i b e a r e a s o n f o r a g i v e n c o n c l u s i o n u s i n g e v i d e n c e f r o m a n i n v e s t i g a t i o n . P l . 2 B — I d e n t i f y a n d c r i t i q u e a r g u m e n t s a b o u t p e r s o n a l o r s o c i e t a l i s s u e s b a s e d o n s c i e n t i fi c e v i d e n c e . P 1 . 2 c — D e v e l o p a n u n d e r s t a n d i n g o f a s c i e n t i fi c c o n c e p t b y a c c e s s i n g i n f o r m a t i o n f r o m m u l t i p l e s o u r c e s . E v a l u a t e t h e s c i e n t i fi c a c c u r a c y a n d s i g n i fi c a n c e o f t h e i n f o r m a t i o n . P 1 . 2 g — I d e n t i f y s c i e n t i fi c t r a d e o f f s i n d e s i g n d e c i s i o n s a n d c h o o s e a m o n g a l t e r n a t e s o l u t i o n s . “ H o w D o e s I t W o r k ? ” ( H e a t E n g i n e s ) P 3 . 1 A — I d e n t i f y t h e f o r c e s a c t i n g b e t w e e n o b j e c t s i n d i r e c t c o n t a c t o r a t a d i s t a n c e . P 3 . 1 d — I d e n t i f y t h e b a s i c f o r c e s i n e v e r y d a y i n t e r a c t i o n s . P 3 . 2 B — C o m p a r e w o r k d o n e i n d i f f e r e n t S i t u a t i o n s . P 4 . 1 C — E x p l a i n w h y w o r k h a s a m o r e p r e c i s e m e a n i n g t h a n t h e m e a n i n g o f w o r k i n e v e r y d a y l a n g u a g e . P 4 . 2 C - E x p l a i n h o w e n e r g y i s c o n s e r v e d i n c o m m o n s y s t e m s . P 4 . 2 D — E x p l a i n w h y a l l t h e s t o r e d e n e r g y i n g a s o l i n e d o e s n o t t r a n s f o r m t o m e c h a n i c a l e n e r g y o f a v e h i c l e . P 4 . 2 f — I d e n t i f y a n d l a b e l t h e e n e r g y i n p u t s , t r a n s f o r m a t i o n s a n d r e p r e s e n t a t i o n s i n s i m p l e t e c h n o l o g i c a l t o s h o w e n e r g y c o n s e r v a t i o n . Q u e s t i o p s o n S t i r l i n g L E n g i n e s P 1 . 2 g — I d e n t i f y s c i e n t i fi c t r a d e o f f s i n d e s i g n d e c i s i o n s a n d c h o o s e a m o n g a l t e r n a t i v e s o l u t i o n s . P 3 . l c — P r o v i d e e x a m p l e s t h a t i l l u s t r a t e t h e i m p o r t a n c e o f t h e e l e c t r i c 7 9 ( e l e c t r o m a g n e t i c ) f o r c e i n e v e r y d a y l i f e . P 4 . 2 B — N a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m s p e c i fi c t y p e s o f e n e r g y i n t o o t h e r t y p e s . P 4 . 5 A — I d e n t i f y e v e r y d a y e x a m p l e s o f e n e r g y t r a n s f e r b y w a v e s a n d t h e i r s o u r c e s . H o m e w o r k Q u e s t i o n s t o A c c o m p a n y “ S o l a r H o t W a t e r : A P r i m e r ” P 1 . 2 g — I d e n t i f y s c i e n t i fi c t r a d e o f f s i n d e s i g n d e c i s i o n s a n d c h o o s e a m o n g a l t e r n a t i v e s o l u t i o n s . P 4 . 1 B — E x p l a i n i n s t a n c e s o f e n e r g y t r a n s f e r b y w a v e s a n d b y o b j e c t s i n e v e r y d a y a c t i v i t i e s . P 4 . 2 A — A c c o u n t f o r a n d r e p r e s e n t e n e r g y t r a n s f e r a n d t r a n s f o r m a t i o n i n c o m p l e x p r o c e s s e s . P 4 . Z B — N a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m s p e c i fi c t y p e s o f e n e r g y i n t o o t h e r t y p e s . P 4 . 2 C — E x p l a i n h o w e n e r g y i s c o n s e r v e d i n c o m m o n s y s t e m s . B u i l d i n g a S t i r l i n g E n g i n e ( E x t r a C r e d i t ) P 1 . l f — P r e d i c t w h a t w o u l d h a p p e n i f t h e v a r i a b l e s , m e t h o d s o r t i m i n g o f a n i n v e s t i g a t i o n w e r e c h a n g e d . P 1 . 2 f — C r i t i q u e s o l u t i o n s t o p r o b l e m s , g i v e n c r i t e r i a a n d s c i e n t i fi c c o n s t r a i n t s . P 1 . 2 j — A p p l y s c i e n c e p r i n c i p l e s o r s c i e n t i fi c d a t a t o a n t i c i p a t e e f f e c t s o f t e c h n o l o g i c a l d e s i g n d e c i s i o n s . P 3 . 1 A — I d e n t i f y t h e f o r c e s a c t i n g b e t w e e n o b j e c t s i n d i r e c t c o n t a c t o r a t a d i s t a n c e . P 3 . Z B — C o m p a r e w o r k d o n e i n d i f f e r e n t s i t u a t i o n s . P 3 . 4 A — P r e d i c t t h e c h a n g e i n m o t i o n o f a n o b j e c t a c t e d o n b y s e v e r a l f o r c e s . P 4 . 1 B — E x p l a i n i n s t a n c e s o f e n e r g y t r a n s f e r b y w a v e s a n d o b j e c t s i n e v e r y d a y a c t i v i t i e s . P 4 . 2 A - A c c o u n t f o r a n d r e p r e s e n t e n e r g y t r a n s f e r a n d t r a n s f o r m a t i o n i n c o m p l e x p r o c e s s e s . P 4 . 2 B — N a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m s p e c i fi c t y p e s o f e n e r g y i n t o o t h e r t y p e s . P 4 . 2 C — E x p l a i n h o w e n e r g y i s c o n s e r v e d i n c o m m o n s y s t e m s . 8 0 P 4 . 2 f — I d e n t i f y a n d l a b e l t h e e n e r g y i n p u t s , t r a n s f o r m a t i o n s a n d o u t p u t s u s i n g q u a l i t a t i v e o r q u a n t i t a t i v e r e p r e s e n t a t i o n s i n s i m p l e t e c h n o l o g i c a l s y s t e m s . 8 1 A P P E N D I X I B E L E C T R I C I T Y U N I T M I C H I G A N B E N C H M A R K S C O V E R E D T h e b e n c h m a r k s r e f e r r e d t o a r e f o u n d i n t h e M i c h i g a n H i g h S c h o o l S c i e n c e C o n t e n t E x p e c t a t i o n s f o r P h y s i c s p u b l i s h e d b y t h e M i c h i g a n D e p a r t m e n t o f E d u c a t i o n i n O c t o b e r o f 2 0 0 6 . S t u d y G u i d e P 4 . 1 0 B — I d e n t i f y c o m m o n h o u s e h o l d d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m e l e c t r i c a l e n e r g y t o o t h e r f o r m s o f e n e r g y , a n d d e s c r i b e t h e t y p e o f e n e r g y t r a n s f o r m a t i o n . P 4 . 1 0 C — G i v e n d i a g r a m s o f m a n y d i f f e r e n t p o s s i b l e c o n n e c t i o n s o f e l e c t r i c c i r c u i t e l e m e n t s , i d e n t i f y c o m p l e t e c i r c u i t s , o p e n c i r c u i t s a n d s h o r t c i r c u i t s a n d e x p l a i n t h e r e a s o n s f o r t h e c l a s s i fi c a t i o n . P 4 . 1 O D — D i s c r i m i n a t e b e t w e e n v o l t a g e , r e s i s t a n c e a n d c u r r e n t a s t h e y a p p l y t o a n c i r c u i t . P 4 . 1 0 e — E x p l a i n e n e r g y t r a n s f e r i n a c i r c u i t , u s i n g a n e l e c t r i c a l c h a r g e m o d e l . P 4 . 1 0 f — C a l c u l a t e t h e a m o u n t o f w o r k d o n e w h e n a c h a r g e m o v e s t h r o u g h a p o t e n t i a l d i f f e r e n c e , v . P 4 . 1 0 g - C o m p a r e t h e c u r r e n t s , v o l t a g e s , a n d p o w e r i n p a r a l l e l a n d s e r i e s c i r c u i t s . P 3 . 7 A - P r e d i c t h o w t h e e l e c t r i c f o r c e b e t w e e n c h a r g e d o b j e c t s v a r i e s w h e n t h e d i s t a n c e b e t w e e n t h e m a n d / o r t h e m a g n i t u d e o f c h a r g e s c h a n g e ( C o u l o m b ’ s L a w ) . B u i l d i n g C i r c u i t s A c t i v i t y P 4 . 1 0 g — C o m p a r e t h e c u r r e n t s , v o l t a g e s a n d p o w e r i n p a r a l l e l a n d s e r i e s c i r c u i t s . P 4 . 1 0 C — G i v e n d i a g r a m s o f m a n y d i f f e r e n t p o s s i b l e c o n n e c t i o n s o f e l e c t r i c c i r c u i t e l e m e n t s , i d e n t i f y c o m p l e t e c i r c u i t s , o p e n c i r c u i t s a n d s h o r t c i r c u i t s a n d e x p l a i n t h e r e a s o n s f o r t h e c l a s s i fi c a t i o n . ( T h e s t u d e n t s a r e u s i n g t h e a c t u a l e l e m e n t s t o b u i l d c i r c u i t s r a t h e r t h a n j u s t l o o k i n g a t d i a g r a m s i n t h i s a c t i v i t y . ) L i s t W a y s E l e c t r i c i t y C a n B e M a d e P 4 . 1 0 A — D e s c r i b e t h e e n e r g y t r a n s f o r m a t i o n s w h e n e l e c t r i c a l e n e r g y i s p r o d u c e d a n d t r a n s f e r r e d t o h o m e s a n d b u s i n e s s e s . E l e c t r o l y s i s L a b 8 2 P 4 . 1 0 B — I d e n t i f y c o m m o n h o u s e h o l d d e v i c e s t h a t t r a n s f e r e l e c t r i c a l e n e r g y t o o t h e r f o r m s o f e n e r g y a n d d e s c r i b e t h e t y p e o f e n e r g y t r a n s f o r m a t i o n . P l . 1 C - C o n d u c t s c i e n t i fi c i n v e s t i g a t i o n s u s i n g a p p r o p r i a t e t o o l s a n d t e c h n i q u e s . P 1 . 1 f - P r e d i c t w h a t w o u l d h a p p e n i f t h e v a r i a b l e s , m e t h o d s o r t i m i n g o f t h e i n v e s t i g a t i o n w e r e c h a n g e d . P 4 . 3 A — I d e n t i f y t h e f o r m o f e n e r g y i n g i v e n s i t u a t i o n s . P 3 . 7 c - D r a w t h e r e d i s t r i b u t i o n o f e l e c t r i c c h a r g e s o n a n e u t r a l o b j e c t ( s o l u t i o n i o n i n o u r c a s e ) w h e n a c h a r g e d o b j e c t i s b r o u g h t n e a r . C a r B a t t e r y D e m o n s t g r t i o n a n d S t u d e n t Q u e s t i o n S h e e t P l . 2 g - I d e n t i f y s c i e n t i fi c t r a d e - o f f s i n d e s i g n d e c i s i o n s a n d c h o o s e a m o n g a l t e r n a t i v e s o l u t i o n s . P 1 . 2 j - A p p l y s c i e n c e p r i n c i p l e s o r s c i e n t i fi c d a t a t o a n t i c i p a t e e f f e c t s o f t e c h n o l o g i c a l d e s i g n d e c i s i o n s . P 3 . 7 c - D r a w t h e r e d i s t r i b u t i o n o f e l e c t r i c c h a r g e s o n a n e u t r a l o b j e c t w h e n a c h a r g e d o b j e c t i s b r o u g h t n e a r . P 4 . 2 B - — N a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m s p e c i fi c t y p e s o f e n e r g y i n t o o t h e r t y p e s . P 4 . 1 0 D — D i s c r i m i n a t e b e t w e e n v o l t a g e , r e s i s t a n c e a n d c u r r e n t a s t h e y a p p l y t o a n e l e c t r i c c i r c u i t . P 4 . 1 0 c - E x p l a i n e n e r g y t r a n s f e r i n a c i r c u i t u s i n g a n e l e c t r i c c h a r g e m o d e l . V o l t a i c P i l e L a _ b _ P l . 1 C — C o n d u c t s c i e n t i fi c i n v e s t i g a t i o n s u s i n g a p p r o p r i a t e t o o l s a n d t e c h n i q u e s . P 1 . 1 D — I d e n t i f y p a t t e r n s i n d a t a a n d r e l a t e t h e m t o t h e o r e t i c a l m o d e l s . P 1 . 1 f - P r e d i c t w h a t w o u l d h a p p e n i f t h e v a r i a b l e s , m e t h o d s o r t i m i n g o f a n i n v e s t i g a t i o n w e r e c h a n g e d . P 1 . 2 j - A p p l y s c i e n c e p r i n c i p l e s o r s c i e n t i fi c d a t a t o a n t i c i p a t e e f f e c t s o f t e c h n o l o g i c a l d e s i g n d e c i s i o n s . P 3 . 7 g - P r o p o s e a m e c h a n i s m b a s e d o n e l e c t r i c f o r c e s t o e x p l a i n c u r r e n t fl o w i n a n e l e c t r i c c i r c u i t . 8 3 P 4 . 1 0 g - C o m p a r e t h e c u r r e n t s , v o l t a g e s a n d p o w e r i n p a r a l l e l a n d s e r i e s c i r c u i t s . E x t r a C r e d i t P r o j e c t : B u i l d i n g A 3 - D M o d e l o f a F u e l C e L H y b r i d C a r B a t t e _ r y o r E l e c t r i c P l u g - i n B a t t e r y P 1 . 1 i - D i s t i n g u i s h b e t w e e n s c i e n t i fi c e x p l a n a t i o n s t h a t a r e r e g a r d e d a s c u r r e n t s c i e n t i fi c c o n s e n s u s a n d t h e e m e r g i n g q u e s t i o n s t h a t a c t i v e r e s e a r c h e r s i n v e s t i g a t e . P 1 . 2 f - C r i t i q u e s o l u t i o n s t o p r o b l e m s g i v e n c r i t e r i a a n d s c i e n t i fi c c o n s t r a i n t s . P 3 . 7 g - P r o p o s e a m e c h a n i s m b a s e d o n e l e c t r i c f o r c e s t o e x p l a i n c u r r e n t fl o w i n a n e l e c t r i c c i r c u i t . B u i l d i n g _ a P h o t o v o l t a i c C e l l L a p P l . 1 C — C o n d u c t s c i e n t i fi c i n v e s t i g a t i o n s u s i n g a p p r o p r i a t e t o o l s a n d t e c h n i q u e s . P 1 . 1 A — G e n e r a t e n e w q u e s t i o n s t h a t c a n b e i n v e s t i g a t e d i n t h e l a b o r a t o r y o r fi e l d . P 4 . Z B — N a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m s p e c i fi c t y p e s o f e n e r g y i n t o o t h e r t y p e s . P 4 . 1 0 D — D i s c r i m i n a t e b e t w e e n v o l t a g e , r e s i s t a n c e a n d c u r r e n t a s t h e y a p p l y t o a n e l e c t r i c c u r r e n t . P 4 . 1 0 g - C o m p a r e t h e c u r r e n t s , v o l t a g e s a n d p o w e r i n p a r a l l e l a n d s e r i e s c i r c u i t s . 8 4 A P P E N D I X I C T H E R M O D Y N A M I C S A N D O P T I C S U N I T L E S S O N P L A N O U T L I N E T e x t b o o k u s e d : M e r r i l l P h y s i c s P r i n c i p l e s a n d P r o b l e m s , G l e n c o e M c G r a w H i l l , 1 9 9 5 . L a s t D a y o f P r e v i o u s U n i t ( W e d n e s d a y , S e p t e m b e r 2 6 ) A d m i n i s t e r t h e P r i o r K n o w l e d g e S u r v e y . A s s i g n h o m e w o r k r e a d i n g : S o l a r H o t W a t e r : A P r i m e r a n d a c c o m p a n y i n g q u e s t i o n s . D a y 1 ( T h u r s d a y , S e p t e m b e r 2 7 ) H a n d b a c k u n i t 1 t e s t a n d g o o v e r i t . E x p l a i n t o s t u d e n t s h o w t o h e l p c o l l e c t e n g a g e m e n t d a t a f o r t h e t h e s i s . H a n d o u t t h e S t u d y G u i d e f o r t h i s u n i t . S t u d e n t s fi l l i n fi r s t f o u r t e r m s u n d e r H ( v o c a b u l a r y ) o n t h e S t u d y G u i d e . G o o v e r t h e f o u r t e r m s . A s k i f t h e r e a r e q u e s t i o n s o n t h e h o m e w o r k r e a d i n g . A d m i n i s t e r t h e h o m e w o r k q u i z . G o o v e r t h e h o m e w o r k q u i z . D a y 2 ( F r i d a y , S e p t e m b e r 2 8 ) F i l l i n t h e d e fi n i t i o n f o r s p e c i fi c h e a t t o g e t h e r o n t h e S t u d y G u i d e . F i l l i n s p e c i fi c h e a t c a l c u l a t i o n s ( I V A ) t o g e t h e r o n t h e S t u d y G u i d e . H a n d o u t t h e S p e c i fi c H e a t L a b . R e a d t h e p u r p o s e t o g e t h e r . S t u d e n t s fi l l i n b a c k g r o u n d q u e s t i o n s 1 - 3 . D i s c u s s b a c k g r o u n d q u e s t i o n s 1 - 3 a s a c l a s s . A s s i g n b a c k g r o u n d q u e s t i o n 4 a s h o m e w o r k . S t u d e n t s c o p y d r a w i n g o f f b o a r d f o r q u e s t i o n 5 ( s o l a r h o t w a t e r s y s t e m ) . A s s i g n a d d i t i o n a l h o m e w o r k : p . 2 6 1 ( R e v i e w i n g ) : 1 - 4 , 6 - 9 ; p . 2 4 8 ( P r o b l e m s ) : 5 - 7 ; p . 2 6 2 ( A p p l y i n g ) : 3 - 6 ; p . 2 6 2 ( T h i n k i n g P h y s i c a l l y ) : 1 a , b . D a y 3 ( M o n d a y , O c t o b e r 1 ) P u t u p a n o v e r h e a d o f t h e h o m e w o r k p r o b l e m s w o r k e d o u t . A s k w h i c h o n e s s t u d e n t s w o u l d l i k e t o s e e w o r k e d o u t a n d e x p l a i n e d o n t h e b o a r d . A d m i n i s t e r t h e h o m e w o r k q u i z . S t u d e n t s p e r f o r m t h e S p e c i fi c H e a t L a b H o m e w o r k a s s i g n m e n t : F i n i s h l a b c a l c u l a t i o n s a n d w r i t e t h e c o n c l u s i o n . D a y 4 ( T u e s d a y , O c t o b e r 2 ) S t u d e n t s t u r n t h e S p e c i fi c H e a t L a b i n . S t u d e n t s s k i m f o u r a r t i c l e s o n a b s o r b a n c e a n d s o l a r h e a t i n g u s i n g h i g h l i g h t e r s o n p h r a s e s t h e y d e e m i m p o r t a n t . C l a s s d i s c u s s e s t h e h i g h l i g h t e d p a r t s . H a n d o u t t h e A b s o r b a n c e / E m i s s i o n L a b . 8 5 R e a d t h e p u r p o s e a n d b a c k g r o u n d t o g e t h e r . S t u d e n t s d o q u e s t i o n 1 . G o o v e r q u e s t i o n 1 . D a y 5 ( W e d n e s d a y , O c t o b e r 3 ) G i v e a l e c t u r e o n a b s o r b a n c e a n d e m i s s i o n . F i l l i n 2 - 4 o n A b s o r b a n c e / E m i s s i o n L a b t o g e t h e r . F i l l i n d r a w i n g E ( t r a n s m i s s i o n , r e fl e c t i o n , a n d a b s o r b a n c e ) t o g e t h e r o n t h e s t u d y g u i d e . H o m e w o r k a s s i g n m e n t : R e s e a r c h p r o p e r t i e s o f t h e m a t e r i a l s u n d e r c o n s i d e r a t i o n f o r u s e i n t h e A b s o r b a n c e / E m i s s i o n L a b . D a y 6 ( T h u r s d a y , O c t o b e r 4 ) S t u d e n t s fi l l i n a n s w e r s t o m a t e r i a l s q u e s t i o n s o n A b s o r b a n c e / E m i s s i o n L a b . G o o v e r m a t e r i a l s q u e s t i o n s . F i n d o u t w h i c h m a t e r i a l s e a c h g r o u p h a s d e c i d e d t o u s e . F i l l i n v o c a b u l a r y t e r m s o n t h e S t u d y G u i d e t o g e t h e r : C o n t r o l , o p a q u e , t r a n s p a r e n t , a n d n a t u r a l f r e q u e n c y . R e a d t h r o u g h p r o c e d u r e a l o u d a n d m o d e l t h e s t e p s f o r t h e s t u d e n t s . A s k f o r v o l u n t e e r s t o t a k e t e m p e r a t u r e r e a d i n g s t h r o u g h o u t t h e d a y t o m o r r o w . F i l l i n d r a w i n g A ( t h e r m o m e t e r ) o n t h e S t u d y G u i d e t o g e t h e r . G i v e a l e c t u r e o n t e m p e r a t u r e c h a n g e s d u e t o h e a t t r a n s f e r . H o m e w o r k a s s i g n m e n t : B r i n g m a t e r i a l s y o u n e e d f o r t h e l a b t o m o r r o w . A l s o p . 2 5 2 : 9 - 1 2 a n d 1 . 1 - 1 . 4 ; p . 2 4 7 : 1 - 3 . D a y 7 ( F r i d a y , O c t o b e r 5 ) H a n d o u t s o l u t i o n s s h e e t t o y e s t e r d a y ’ s h o m e w o r k . A s k i f t h e r e a r e a n y q u e s t i o n s o n t h e h o m e w o r k . A b s o r b a n c e / E m i s s i o n L a b : S t u d e n t s g a t h e r m a t e r i a l s a n d a s s e m b l e c o l l e c t o r s . S t u d e n t s s e t c o l l e c t o r s u p o u t s i d e a n d t a k e r e a d i n g s . V o l u n t e e r s t a k e r e a d i n g s t h r o u g h o u t t h e r e m a i n d e r o f t h e d a y . V o l u n t e e r b r i n g s e q u i p m e n t i n s i d e a t t h e e n d o f t h e d a y . D a y 8 ( M o n d a y , O c t o b e r 8 ) D i s a s s e m b l e s o l a r c o l l e c t o r s , p u t e q u i p m e n t a w a y a n d c l e a n u p . S t u d e n t s p o s t d a t a t h e y c o l l e c t e d o n b o a r d f o r o t h e r s t o t r a n s c r i b e . H a n d b a c k S p e c i fi c H e a t L a b s a n d g o o v e r . D e t a i l w h a t i s e x p e c t e d f o r t h e a n a l y s i s s e c t i o n o f t h e A b s o r b a n c e / E m i s s i o n L a b . H o m e w o r k : A n a l y s i s a n d c o n c l u s i o n s e c t i o n s o f A b s o r b a n c e / E m i s s i o n L a b . D a y 9 ( T u e s d a y , O c t o b e r 9 ) C o l l e c t A b s o r b a n c e L a b s R e t e a c h t h e m a t e r i a l o n t e m p e r a t u r e c h a n g e s d u e t o h e a t t r a n s f e r . W o r k o u t a l l o f t h e h o m e w o r k p r o b l e m s f r o m d a y 6 o n t h e b o a r d . 8 6 D a y 1 0 ( W e d n e s d a y , O c t o b e r 1 0 ) S t u d e n t s fi l l i n h e a t o f v a p o r i z a t i o n a n d h e a t o f f u s i o n u n d e r v o c a b u l a r y o n t h e S t u d y G u i d e . G o o v e r t h e t w o v o c a b u l a r y t e r m s . S t u d e n t s p e r f o r m t h e B o i l i n g W a t e r L a b . C l a s s d i s c u s s i o n o f t h e m e a n i n g o f t h e s h a p e o f t h e g r a p h f r o m t h e l a b . L e c t u r e o n p h a s e c h a n g e d i a g r a m s a n d h e a t t r a n s f e r i n c h a n g e o f s t a t e . W o r k o u t s a m p l e p r o b l e m s o n b o a r d : p . 2 5 5 : 1 3 - 1 6 . H o m e w o r k : p . 2 5 5 : 1 4 , 1 5 , 1 6 3 . D a y 1 1 ( T h u r s d a y , O c t o b e r 1 1 ) A n s w e r s t o h o m e w o r k p r o b l e m s a r e d i s p l a y e d o n t h e o v e r h e a d . W o r k o u t a n d e x p l a i n p r o b l e m s 1 4 a n d 1 6 a o n t h e b o a r d . A d m i n i s t e r t h e h o m e w o r k q u i z . S t u d e n t s r e a d a l o u d p . 2 5 6 - 2 5 7 . F i l l i n t o g e t h e r o n t h e S t u d y G u i d e : fi r s t l a w o f t h e r m o d y n a m i c s i n t h e v o c a b u l a r y s e c t i o n , h e a t e n g i n e s a n d r e fi i g e r a t o r s i n t h e d r a w i n g s s e c t i o n . H o m e w o r k : P r a c t i c e d r a w i n g t h e h e a t e n g i n e a n d r e fi i g e r a t o r . D a y 1 2 ( F r i d a y , O c t o b e r 1 2 ) A s k i f t h e r e a r e a n y q u e s t i o n s o n h e a t e n g i n e s o r r e f r i g e r a t o r s . A d m i n i s t e r t h e h o m e w o r k q u i z . T o g e t h e r , fi l l i n t h e d r a w i n g o n t h e S t u d y G u i d e f o r g e o t h e r m a l h e a t p u m p . S t u d e n t s r e a d S u n c a t c h e r s T u n e d t o C g a p k O u t t h e J u i c e a n d a n s w e r q u e s t i o n s . F i l l i n S t i r l i n g e n g i n e s t o g e t h e r u n d e r s e c t i o n V o n t h e S t u d y G u i d e . S h o w t h e r u b r i c f o r t h e e x t r a c r e d i t p r o j e c t B u i l d i n g a S t i r l i n g E n g i n e . H o m e w o r k : R e s e a r c h t h e p a y o f f t i m e f o r s o l a r h o t w a t e r a n d g e o t h e r m a l h e a t p u m p s y s t e m s i n M i c h i g a n . D a y 1 3 ( M o n d a y , O c t o b e r 1 5 ) S t u d e n t s r e a d p . 2 5 8 - 2 5 9 ( e n t r o p y ) a l o u d . F i l l i n u n d e r v o c a b u l a r y o n t h e S t u d y G u i d e : s e c o n d l a w o f t h e r m o d y n a m i c s , e n e r g y t r a n s f e r , a n d e n e r g y t r a n s f o r m a t i o n . R e a d a l o u d t h e fi r s t t w o p a r a g r a p h s o f a p a c k e t o n t h e r m o d y n a m i c s . S t u d e n t s b u i l d t i n y h e a t e n g i n e s ( r o c k e t s ) . H o l d r o c k e t c o n t e s t o u t s i d e t o s e e w h o s e g o e s t h e f a r t h e s t . H o m e w o r k : H o w D o e s I t W o r fl ( q u e s t i o n s o n h e a t e n g i n e s ) D a y 1 4 ( T u e s d a y , O c t o b e r 1 6 ) S t u d e n t s t u r n i n P a y o f f h o m e w o r k . G o o v e r “ H o w D o e s I t W o r k ? ” q u e s t i o n s h e e t . R e a d a l o u d 1 - 1 / 2 p a r a g r a p h s f o r m p . 7 o f C h a p t e r 5 T h e r m o d y n a m i c s p a c k e t . D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r L a b : R e a d t h e p u r p o s e t o g e t h e r . D r a w t h e t w o b a c k g r o u n d d r a w i n g s . 8 7 S t u d e n t s fi l l i n # 1 ( t h i n g s t h a t c a n b e t e s t e d a n d v a r i e d ) . D i s c u s s i o n o f a l l t h e t h i n g s t h a t c o u l d b e v a r i e d a n d t e s t e d . I n g r o u p s o f t w o , s t u d e n t s c h o o s e t h e c o m p o n e n t t h e y w o u l d l i k e t o v a r y . F i l l i n v o c a b u l a r y o n t h e s t u d y g u i d e : e m p i r i c a l , w a v e p a r t i c l e d u a l i t y o f l i g h t . D a y 1 5 ( W e d n e s d a y , O c t o b e r 1 5 ) D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r E x p e r i m e n t I n g r o u p s o f 2 s t u d e n t s b r a i n s t o r m m e t h o d s , i d e n t i f y o b s t a c l e s , r e fi n e t h e p l a n . S t u d e n t s e a c h fi l l o u t a r e s e a r c h p r o p o s a l . D a y 1 6 ( T h u r s d a y , O c t o b e r 1 8 ) F i l l i n I I I B , I I I C , I I I D o n s t u d y g u i d e . F i n i s h fi l l i n g i n r e s e a r c h p r o p o s a l . S t u d e n t s m e e t w i t h i n s t r u c t o r t o g o o v e r t h e p r o p o s a l . S t u d e n t s w o r k o n r e v i e w p r o b l e m s f o r t h e t e s t w h i l e w a i t i n g f o r t u r n w i t h i n s t r u c t o r : p . 2 6 2 / 2 6 3 ( P r o b l e m s ) : l , 2 , 4 , 6 , 1 6 , l 7 , 1 9 ; p . 6 9 7 : 9 . D a y 1 7 ( F r i d a y , O c t o b e r 1 9 ) F i l l i n H I F , I I I G , I V B , I V C , V A , V B , a n d V D o n t h e S t u d y G u i d e . S t u d e n t s fi l l i n t e x t b o o k ’ s v o c a b u l a r y r e v i e w s h e e t . G o o v e r v o c a b u l a r y r e v i e w . C l a s s fi l l s i n t e x t b o o k ’ s s t u d y g u i d e t o g e t h e r . D a y 1 8 ( M o n d a y , O c t o b e r 2 2 ) W a t c h v i d e o o n T e s l a . D a y 1 9 ( T u e s d a y , O c t o b e r 2 3 ) D i s p l a y s o l u t i o n s t o h o m e w o r k p r o b l e m s o n o v e r h e a d . A s k i f t h e r e a r e a n y q u e s t i o n s o n t h e h o m e w o r k . D i s p l a y a l i s t o f w h a t s h o u l d b e i n t h e i r n o t e b o o k s . D a y 2 0 ( W e d n e s d a y , O c t o b e r 2 4 ) U n i t 2 T e s t ( T h e r m o d y n a m i c s a n d O p t i c s ) P u t u p c h a r t o f s p e c i fi c h e a t s f o r s t u d e n t s ’ r e f e r e n c e d u r i n g t h e t e s t . D a y 2 1 ( T h u r s d a y , O c t o b e r 2 5 ) D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r E x p e r i m e n t : S t u d e n t s c o n s t r u c t t h e i r c o l l e c t o r s . S t u d e n t s p e r f o r m e x p e r i m e n t s a n d r e c o r d d a t a a n d o b s e r v a t i o n s . D a y 2 2 ( F r i d a y , O c t o b e r 2 6 ) H a n d U n i t 2 T e s t b a c k a n d g o o v e r i t . D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r E x p e r i m e n t : S t u d e n t s g e t t h e i r d a t a f r o m v o l u n t e e r s w h o c o l l e c t e d i t . S t u d e n t s d i s a s s e m b l e c o l l e c t o r s , p u t e q u i p m e n t a w a y a n d c l e a n u p . S t u d e n t s b e g i n l a b w r i t e - u p . 8 8 D a y 2 3 ( M o n d a y , O c t o b e r 2 9 ) D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r L a b : E a c h g r o u p p r e s e n t s t h e i r fi n d i n g s t o t h e c l a s s . C l a s s d i s c u s s i o n o f e a c h g r o u p ’ s c o n c l u s i o n . A s s i g n m e n t : E a c h g r o u p p o s t t h e i r l a b w r i t e - u p s o n o u r w e b p a g e . T u r n i n n o t e b o o k o f d a i l y w o r k . A d m i n i s t e r U n i t 2 P o s t - S u r v e y . A d m i n i s t e r P r i o r K n o w l e d g e S u r v e y f o r U n i t 3 ( E l e c t r i c i t y ) . H o m e w o r k : R e a d p . 4 0 7 , 4 0 8 , 4 1 0 , a n d 4 1 1 . D o p . 4 2 1 ( R e v i e w i n g ) : 1 - 4 , 7 , 8 ; ( A p p l y i n g ) : 5 . 8 9 A P P E N D I X I D T H E R M O D Y N A M I C S A N D O P T I C S U N I T C O M M E N T A R Y O N L E S S O N P L A N S C H E D U L E T h e l e s s o n p l a n o u t l i n e w r i t t e n i n t h i s t h e s i s i s t h e s c h e d u l e a s i t a c t u a l l y o c c u r r e d . T h e o r i g i n a l l e s s o n p l a n p r e d i c t e d t h e c o m p l e t i o n o f t h e u n i t i n 1 7 d a y s . I t a c t u a l l y t o o k 2 3 d a y s . P a r t o f t h e m i s c a l c u l a t i o n w a s s i m p l y d u e t o h a v i n g a s u b s t i t u t e t e a c h e r f o r t w o d a y s . A s e c o n d f a c t o r w a s a n u n u s u a l l y l a r g e n u m b e r o f i n t e r r u p t i o n s a n d s h o r t e n e d p e r i o d s d u e t o e v e n t s s u c h a s fi r e d r i l l s , a s s e m b l i e s a n d s c h o o l - w i d e c h a r a c t e r l e s s o n s . A t h i r d f a c t o r w a s c l a s s d e m o g r a p h i c s . A l a r g e p e r c e n t a g e o f s t u d e n t s i n t h i s c l a s s w e r e w e a k i n m a t h e m a t i c s a n d a n a l y t i c a l t h i n k i n g . T h e y a l s o l a c k e d s t r o n g s t u d y s k i l l s a n d h a d l o w e r m o t i v a t i o n t h a n m y p r e v i o u s p h y s i c s c l a s s e s . P l a n s w e r e a d j u s t e d t o a l l o w f o r m o r e e x p l a n a t i o n d u r i n g l e c t u r e s a n d m o r e g u i d e d p r a c t i c e . A l s o , t h i s w a s t h e fi r s t y e a r f o r t h e s e a c t i v i t i e s . T h e m o r e y e a r s I h a v e t a u g h t a n a c t i v i t y , t h e m o r e e f fi c i e n t I b e c o m e a t d e l i v e r y . F o l l o w i n g i s a d a y - t o - d a y c o m m e n t a r y o n t h e fl o w o f t h e l e s s o n s . L a s t D a y o f U n i t 1 ( W e d n e s d a y , S e p t e m b e r 2 6 ) : T h i s w a s a c t u a l l y a c o m b i n a t i o n o f t h e l a s t d a y o f u n i t o n e a n d t h e fi r s t d a y o f u n i t 2 . B y t h e t i m e t h e s t u d e n t s fi n i s h e d t h e U n i t l T e s t , s c o r e d t h e i r n o t e b o o k s o f d a i l y w o r k a n d t u r n e d t h e m i n , t h e y h a d o n l y 1 0 m i n u t e s t o c o m p l e t e t h e P r i o r K n o w l e d g e S u r v e y . I h a d o r i g i n a l l y t o l d t h e s t u d e n t s t h a t i t w a s w o r t h 1 0 p o i n t s i f t h e y c o m p l e t e d i t b e f o r e t h e e n d o f t h e h o u r . F o u r s t u d e n t s w h o t o o k l o n g e r t h a n t h e r e s t o n t h e U n i t 1 T e s t a b s o l u t e l y d i d n o t h a v e t i m e t o c o m p l e t e t h e s u r v e y s o I l e t t h e m t a k e i t h o m e t o fi n i s h . D a y 1 ( T h u r s d a y , S e p t e m b e r 2 7 ) : T h e a d m i n i s t r a t i o n s h o r t e n e d o u r h o u r t o d a y w h i c h i s w h y w e o n l y g o t a s f a r a s t h e h o m e w o r k q u i z . 9 0 D a y 2 ( F r i d a y , S e p t e m b e r 2 8 ) : W e r a n s h o r t o n t i m e a t t h e e n d o f t h e h o u r f o r t h e s t u d e n t s t o b e a b l e t o c o m p l e t e a l l o f # 4 o n t h e s p e c i fi c h e a t l a b w h i c h w a s l o o k i n g u p t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e l i q u i d s t h e y p l a n n e d t o t e s t . W i t h 5 m i n u t e s l e f t i n t h e h o u r w h e n t h e s t u d e n t s s t a r t e d # 4 , t h e r e w a s t i m e t o l o o k u p c h a r a c t e r i s t i c s f o r a t l e a s t o n e l i q u i d . D a y 3 ( M o n d a y , O c t o b e r 1 ) : S t u d e n t s h a d t i m e t o t e s t o n l y 2 o f t h e 3 s u b s t a n c e s a n d s o m e h a d t o g e t p a s s e s t o t h e n e x t c l a s s b e c a u s e i t t o o k l o n g e r t h a n o u r 5 5 m i n u t e c l a s s p e r i o d . D a y 4 ( T u e s d a y , O c t o b e r 2 ) : T h e l a b s w e r e d u e t o d a y . N o n e o f t h e s t u d e n t s h a d l o o k e d u p t h e a c c e p t e d s p e c i fi c h e a t s . I w r o t e t h e v a l u e s o n t h e b o a r d a n d g a v e t h e m a c o u p l e o f m i n u t e s t o d o t h e p e r c e n t e r r o r c a l c u l a t i o n . M o s t s t u d e n t s s t r u g g l e d w i t h t h a t a n d I h a d t o g i v e t h e m m o r e t i m e . A fi r e d r i l l i n t e r r u p t e d t h e c l a s s p a r t w a y t h r o u g h . T h e r e s u l t w a s t h a t w e o n l y c o m p l e t e d t a s k s u p t h r o u g h t h e b a c k g r o u n d q u e s t i o n # l i n t h e A b s o r b a n c e a n d E m i s s i o n L a b . I d e c i d e d t h a t d a y , t h a t d u e t o t h e l e v e l o f s k i l l s a n d m o t i v a t i o n i n t h i s p a r t i c u l a r c l a s s , I n e e d e d t o p l a n o n g o i n g m u c h s l o w e r t h a n I h a d o r i g i n a l l y p l a n n e d . O t h e r w i s e c o n c e p t s w o u l d g o r i g h t o v e r t h e i r h e a d s a n d t h e t i m e w o u l d b e w a s t e d . D a y 5 ( W e d n e s d a y , O c t o b e r 3 ) : I t t o o k 3 5 m i n u t e s t o e x p l a i n , g i v e n o t e s a n d d r a w t h e c o n c e p t s o f a b s o r b a n c e , e m i s s i o n , a n d t r a n s m i t t a n c e . D a y 6 ( T h u r s d a y , O c t o b e r 4 ) : T h e s t u d e n t s w e r e s o a b s o r b e d i n d i s c u s s i n g t h e d i f f e r e n t a s p e c t s o f t h e l a b t h a t t h e n o t e s o n c a l c u l a t i n g fi n a l t e m p e r a t u r e g o t r u s h e d . W e h a d t o c r a m t h e m i n t o t h e l a s t 1 0 m i n u t e s o f t h e p e r i o d . B u t t h e q u a l i t y o f t h o u g h t t h a t t h e y v e r b a l i z e d d u r i n g d i s c u s s i o n w a s r e w a r d i n g . O n e t o p i c t h e y t h o r o u g h l y h a s h e d o v e r w a s h o w o n e c o u l d k e e p s u r f a c e a r e a c o n s t a n t w h i l e v a r y i n g m a s s . T h e y d e c i d e d i t w a s 9 1 d e fi n i t e l y e a s i e r t o k e e p m a s s c o n s t a n t a n d v a r y s u r f a c e a r e a . T h e m a s s c o u l d s i m p l y b e b r o k e n u p i n t o s m a l l e r p i e c e s . B u t s i n c e i t w a s i m p o r t a n t t o fi g u r e o u t h o w t o k e e p s u r f a c e a r e a c o n s t a n t , t h e r e w a s q u i t e a d i s c u s s i o n a b o u t w h e t h e r t h e s u r f a c e f a c i n g t h e s u n w a s t h e o n l y s u r f a c e a r e a t h a t m a t t e r e d . O n e s t u d e n t p o i n t e d o u t t h a t a f t e r t h e s u n ’ s r a y s a r e a b s o r b e d t h e y a r e l a t e r e m i t t e d a s i n f r a r e d f r o m A L L o f t h e o b j e c t ’ s s u r f a c e s , n o t j u s t t h o s e f a c i n g t h e s u n . D a y 7 ( F r i d a y , O c t o b e r 5 ) : P r e p a r i n g t h e c o l l e c t o r s t o o k m o s t o f t h e p e r i o d s o t h e b u l k o f t h e t e m p e r a t u r e r e a d i n g s w e r e t a k e n b y a f e w v o l u n t e e r s t u d e n t s w h o w e r e a b l e t o g e t o u t o f c l a s s f o r a f e w m o m e n t s l a t e r i n t h e d a y . D a y 8 ( M o n d a y , O c t o b e r 8 ) : T h e s p e c i fi c h e a t l a b s I g r a d e d w e r e v e r y p o o r l y d o n e s o I s p e n t a l o t o f t i m e t h i s d a y t a l k i n g a b o u t w h a t I e x p e c t e d i n t h e a n a l y s i s a n d c o n c l u s i o n s e c t i o n o f t h e n e x t l a b ( A b s o r b a n c e a n d E m i s s i o n ) . D a y 9 ( T u e s d a y , O c t o b e r 9 ) : I s p e n t t h e w h o l e h o u r r e - e x p l a i n i n g , r e d o i n g t h e l e c t u r e n o t e s , t h i s t i m e i n m o r e d e t a i l , a n d d o i n g e x a m p l e m a t h p r o b l e m s o n t h e b o a r d . D a y 1 0 ( W e d n e s d a y , O c t o b e r 1 0 ) : T h e s c h e d u l e w e n t s m o o t h l y . T h e i r m i s c o n c e p t i o n s a b o u t t h e b o i l i n g w a t e r t r a n s i t i o n e d n i c e l y i n t o t h e e x p l a n a t i o n o f h e a t o f v a p o r i z a t i o n a n d h e a t o f f u s i o n . D a y 1 1 ( T h u r s d a y , O c t o b e r 1 1 ) : T h e s c h e d u l e w e n t a s p l a n n e d . T h e s t u d e n t s s e e m e d t o u n d e r s t a n d t h e m a t h p r o b l e m s ( w h i c h a r e r e v i e w f r o m t h e c h e m i s t r y t h e y h a d l a s t y e a r ) s o n o e x t r a t i m e w a s n e e d e d . D a y 1 2 ( F r i d a y , O c t o b e r 1 2 ) : I h a d o r i g i n a l l y p l a n n e d t o a l s o b e g i n b u i l d i n g t h e r o c k e t s o n t h i s d a y , b u t t h e r e w a s n o t t i m e t o e v e n s t a r t t h e m . I t w a s p r o b a b l y f o r t h e b e s t t o w a i t a n d d o i t a l l t h e s a m e d a y a n y w a y . T h e p a r t l y d o n e r o c k e t s w o u l d h a v e t o 9 2 h a v e b e e n l a b e l e d w i t h t h e s t u d e n t s ’ n a m e s a n d s t o r e d s o m e w h e r e s o t h a t t h e y w o u l d n ’ t g e t d a m a g e d . D a y 1 3 ( M o n d a y , O c t o b e r 1 5 ) : I h a d h o p e d t o b e a b l e t o g o o v e r t h e f o l l o w - u p q u e s t i o n s o n r o c k e t s “ H o w D o e s I t W o r k ? ” . B u t i t t o o k t h e s t u d e n t s l o n g e r t o c o m p l e t e t h e q u e s t i o n s t h a n I h a d a n t i c i p a t e d , s o w e h a d t o g o o v e r t h e m t h e n e x t d a y . D a y 1 4 ( T u e s d a y , O c t o b e r 1 6 ) : G o i n g o v e r t h e q u e s t i o n s t h a t I h a d h o p e d t o g o o v e r y e s t e r d a y c u t i n t o s o m e o f t h e t i m e w e c o u l d h a v e u s e d t o fi l l i n m o r e p a r t s o n t h e s t u d y g u i d e . S t o p p i n g a t # 2 ( d e c i d i n g w h i c h p a r a m e t e r t o v a r y ) w o r k e d o u t r e a l l y w e l l f o r t h e “ D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r L a b ” . I t g a v e t h e s t u d e n t s o v e r n i g h t t o d o a l i t t l e t h i n k i n g a b o u t i t . D a y 1 5 ( W e d n e s d a y , O c t o b e r 1 7 ) : T o d a y w a s t h e d a y t o b r a i n s t o r m , d e s i g n t h e e x p e r i m e n t a n d b e g i n fi l l i n g o u t t h e r e s e a r c h p r o p o s a l . F o u r s t u d e n t s w e r e a b s e n t . D a y 1 6 ( T h u r s d a y , O c t o b e r 1 8 ) : I t t o o k s u b s t a n t i a l l y l o n g e r t h a n e x p e c t e d t o m e e t w i t h e a c h g r o u p t o d i s c u s s t h e i r r e s e a r c h p r o p o s a l . I s p e n t a l o t o f t i m e w i t h i n d i v i d u a l g r o u p s e x p l a i n i n g w h y t h e i r d e s i g n r e a l l y h a d m o r e t h a n o n e v a r i a b l e a n d t r y i n g t o g u i d e t h e m t o t h i n k o n t h e i r o w n a b o u t h o w t h e y c o u l d d e s i g n t h e i r p r o t o c o l s o t h e r e w a s o n l y o n e v a r i a b l e . I a l s o h a d t o p o i n t o u t f o r m o s t t h a t t h e i r d e s i g n w a s n o t r e a l l y g o i n g t o t e s t t h e s t a t e d h y p o t h e s i s . S o m e g r o u p s h a d n ’ t i n c l u d e d a m e t h o d f o r d a t a c o l l e c t i o n , s o t h a t h a d t o b e a d d r e s s e d . T h e w a s n o t e n o u g h t i m e t o m o v e t h e g r o u p s t h r o u g h a l l o f t h e s e c h a l l e n g e s i n t h i s c l a s s p e r i o d . D a y 1 7 ( F r i d a y , O c t o b e r 1 9 ) : T h e s u b s t i t u t e t e a c h e r h e l p e d t h e s t u d e n t s fi l l i n t h e s t u d y g u i d e a n d h a n d e d o u t t h e t w o r e v i e w i t e m s f o r t h e m t o w o r k o n . 9 3 D a y 1 8 ( M o n d a y , O c t o b e r 2 2 ) : I a s k e d t h e s u b s t i t u t e t e a c h e r t o s h o w a v i d e o a s I w a n t e d t o t e a c h a s m u c h o f t h e t h e s i s u n i t s m y s e l f a s p o s s i b l e . D a y 1 9 ( T u e s d a y , O c t o b e r 2 3 ) : L a s t w e e k I a s s i g n e d m a t h p r o b l e m s t o r e v i e w f o r t h e u n i t t e s t . L o t s o f s t u d e n t s a s k e d q u e s t i o n s a b o u t t h e s e t o d a y . S o , m o r e t i m e w a s n e e d e d t o e x p l a i n t h e p r o b l e m s t h a n h a d b e e n a n t i c i p a t e d . I m e t w i t h g r o u p s a g a i n a b o u t t h e i r r e s e a r c h p r o p o s a l s a n d s o m e h a d n o t p u t a n y a d d i t i o n a l t h o u g h t i n t o t h e p r o b l e m s w e h a d d i s c u s s e d a t o u r l a s t m e e t i n g . M u c h o f t h e h o u r h a d t o b e s p e n t w a l k i n g t h e m t h r o u g h p r o b l e m s o l v i n g . D a y 2 0 ( W e d n e s d a y , O c t o b e r 2 4 ) : T h r e e s t u d e n t s c a m e i n b e f o r e s c h o o l t o s p r a y p a i n t t h e i r a b s o r b e r s . T h i s s a v e d t i m e . N e x t y e a r I w i l l p u s h f o r a l l o f t h e s t u d e n t s t o d o t h i s . T h e s t u d e n t s w e r e a b l e t o fi n i s h t h e t e s t i n t h e t i m e a l l o t t e d . D a y 2 1 ( T h u r s d a y , O c t o b e r 2 5 ) : W e h a d a s h o r t e n e d h o u r t o d a y f o r “ C h a r a c t e r C o u n t s ” l e s s o n s . T h e s t u d e n t s r e a l l y h a d t o h u s t l e t o g e t t h e i r c o l l e c t o r s p u t t o g e t h e r a n d t a k e n o u t s i d e . T h e y w e r e v e r y e f fi c i e n t a n d f o c u s e d . I t w e n t v e r y s m o o t h l y . T o b e a b l e t o g a t h e r d a t a o v e r a l o n g e n o u g h p e r i o d f o r t h e c o l l e c t o r t o h e a t u p a n d c o o l b a c k d o w n , s t u d e n t s h a d t o g e t c r e a t i v e a b o u t t a k i n g d a t a . ( P h y s i c s c l a s s m e e t s s e c o n d h o u r . ) D i f f e r e n t m e m b e r s o f e a c h g r o u p u t i l i z e d p a r t o f t h e i r l u n c h h o u r s . S t u d e n t s w h o s e r o u t e b e t w e e n c l a s s e s t o o k t h e m n e a r t h e i r c o l l e c t o r d a s h e d o u t s i d e e n r o u t e t o t a k e d a t a . O n e b o y a l s o h a s a c l a s s w i t h m e 6 t h h o u r , s o t o o k s o m e r e a d i n g t h e n . A n d o n e m e m b e r o f e a c h g r o u p s t a y e d a f t e r s c h o o l t o t a k e fi n a l r e a d i n g s a n d b r i n g e q u i p m e n t b a c k i n t o t h e c l a s s r o o m . T h i s w e n t v e r y s m o o t h l y a n d t h e s t u d e n t s s e e m e d t o r i s e t o m e e t t h i s e x t r a r e s p o n s i b i l i t y . 9 4 D a y 2 2 ( F r i d a y , O c t o b e r 2 6 ) : O n e g r o u p d i d n o t g e t t h e i r e q u i p m e n t o u t s i d e y e s t e r d a y . T h e m e m b e r s o f t h i s g r o u p a r e m e t i c u l o u s , c a r e fi r l a n d i n s i g h t f u l , s o I p r e f e r n o t t o r u s h t h e m . I t w a s c l o u d y o n t h i s d a y a n d t h i s g r o u p h a d n o t c o l l e c t e d a n y d a t a y e t . T h e i r s o l u t i o n w a s t o p u t t h e i r c o l l e c t o r s u n d e r a h e a t l a m p i n t h e c l a s s r o o m . T h e y s t o p p e d i n t h r o u g h o u t t h e d a y t o c o l l e c t d a t a , t u r n i n g t h e l a m p o f f p a r t w a y t h r o u g h s o t h e y c o u l d c o l l e c t c o o l i n g d a t a a l s o . T h e r e w a s p l e n t y o f t i m e d u r i n g t h e h o u r f o r t h e o t h e r s t u d e n t s t o d i s a s s e m b l e t h e i r c o l l e c t o r s , p u t e q u i p m e n t a w a y , c l e a n u p , g e t d a t a f r o m t h e o t h e r g r o u p m e m b e r s a n d g o o v e r t h e U n i t 2 T e s t . M o s t a l s o b e g a n w o r k i n g o n t h e l a b w r i t e - u p . D a y 2 3 ( M o n d a y , O c t o b e r 2 9 ) : T h e r e w a s l i t t l e d i s c u s s i o n f r o m t h e c l a s s i n r e s p o n s e t o g r o u p p r e s e n t a t i o n s o f t h e i r l a b r e s u l t s . S o t h e r e w a s p l e n t y o f t i m e f o r t h e m t o c o m p l e t e t h e P o s t S u r v e y f o r t h i s u n i t a n d t h e P r i o r K n o w l e d g e T e s t f o r t h e E l e c t r i c i t y U n i t . 9 5 A P P E N D I X I E E L E C T R I C I T Y U N I T L E S S O N P L A N O U T L I N E P a g e n u m b e r s r e f e r t o t h e t e x t “ M e r r i l l P h y s i c s P r i n c i p l e s a n d P r o b l e m s ” b y Z i t z e w i t z , D a v i d s , N e f f a n d W e d d i n g , p u b l i s h e d b y G l e n c o e M c G r a w - H i l l . C o p y r i g h t 1 9 9 5 . L a s t D a y o f P r e v i o u s U n i t — M o n d a y , O c t o b e r 2 9 P r i o r K n o w l e d g e S u r v e y H o m e w o r k : R e a d p . 4 0 7 , 4 0 8 , 4 1 0 a n d 4 1 1 . D o p . 4 2 1 ( R e v i e w i n g ) : 1 - 4 , 7 , 8 ; ( A p p l y i n g ) : 5 . D a y 1 — T u e s d a y , O c t o b e r 3 0 Q u e s t i o n s o n h o m e w o r k ? H o m e w o r k Q u i z F i l l i n d e fi n i t i o n s f o r i n s u l a t o r , c o n d u c t o r , c h a r g i n g b y a c o n d u c t o r a n d c h a r g i n g b y a n i n d u c t o r o n t h e S t u d y G u i d e . F i l l i n C o u l o m b ’ s L a w o n t h e S t u d y G u i d e i n b o t h t h e v o c a b u l a r y s e c t i o n a n d i n t h e m a t h e q u a t i o n s e c t i o n . D o t o g e t h e r : p . 4 2 2 ( A p p l y i n g ) ; 1 2 , 1 3 ; ( P r o b l e m s ) : 1 D a y 2 — W e d n e s d a y , O c t o b e r 3 1 “ W h a t i s E l e c t r i c C u r r e n t ? ” h a n d o u t t o g e t h e r F i l l i n t h e d e fi n i t i o n s f o r e l e c t r i c c u r r e n t a n d a m p e r e o n t h e S t u d y G u i d e G o o v e r t h e d e fi n i t i o n s “ W h a t i s a S e r i e s C i r c u i t ? ” h a n d o u t t o g e t h e r “ W h a t i s a P a r a l l e l C i r c u i t ? ” h a n d o u t t o g e t h e r D a y 3 — T h u r s d a y , N o v e m b e r 1 B u i l d i n g C i r c u i t s A c t i v i t y D a y 4 — M o n d a y , N o v e m b e r 5 R e a d p . 4 3 1 t o t h e t o p o f p . 4 3 3 . N o t e s o n E l e c t r i c P o t e n t i a l D e fi n e e l e c t r i c p o t e n t i a l a n d g i v e i t s u n i t s . V i d e o : P r i n c i p l e s o f T e c h n o l o g y # 1 , fi r s t a n d t h i r d s e g m e n t s F o r c e i s P r e s s u r e P l a y w i t h t h e V a n d e r g r a f f g e n e r a t o r . D a y 5 — W e d n e s d a y , N o v e m b e r 7 L i s t d i f f e r e n t w a y s e l e c t r i c i t y c a n b e m a d e ( e n e r g y t r a n s f o r m a t i o n s ) . 9 6 D i s c u s s i o n o f d e v i c e s t h a t a c c o m p l i s h e n e r g y t r a n s f o r m a t i o n s N o t e s o n e l e c t r o l y t i c c e l l s E l e c t r o l y s i s L a b G o o v e r t h e l a b D a y 6 — — T h u r s d a y , N o v e m b e r 8 R e a d p . 4 4 7 — 4 5 1 . F i l l i n t h e d e fi n i t i o n s a n d m a t h e q u a t i o n s f o r e l e c t r i c p o w e r a n d c o u l o m b o n t h e S t u d y G u i d e . D o p . 4 5 1 : 1 - 4 . G o o v e r p . 4 5 1 : 1 - 4 . M a k e a l a b e l e d d r a w i n g o f a c l o s e d c i r c u i t o n t h e S t u d y G u i d e . C h i r p i n g c h i c k i e d e m o n s t r a t i o n . N o t e s o n r e s i s t a n c e a n d O h m ’ s L a w O h m ’ s T o r t u r e ( s i l l y d r a w i n g s t o r e m e m b e r t h e o h m s y m b o l ) H o m e w o r k p . 4 5 4 : 5 - 1 0 D a y - F r i d a y , N o v e m b e r 9 A n s w e r s t o h o m e w o r k p r o b l e m s o n t h e o v e r h e a d Q u e s t i o n s o n h o m e w o r k ? “ W h a t i s E l e c t r i c a l R e s i s t a n c e ? ” h a n d o u t t o g e t h e r N o t e s o n r e s i s t o r s a n d c o n t r o l l i n g c u r r e n t “ W h a t a r e A r n p e r e s , V o l t s a n d O h m s ? ” h a n d o u t t o g e t h e r N o t e s o n s e r i e s a n d p a r a l l e l c i r c u i t s w i t h m e t e r s D a y 8 — M o n d a y , N o v e m b e r 1 2 O n t h e S t u d y G u i d e fi l l i n t h e d e fi n i t i o n f o r r e s i s t a n c e , w a y s c u r r e n t c a n b e c o n t r o l l e d a n d fi l l i n O h m ’ s L a w i n t h e m a t h e q u a t i o n s s e c t i o n . N o t e s a n d d e m o n s t r a t i o n o n h o w t o u s e t h e m u l t i m e t e r P o c k e t L a b p . 4 5 5 . S t u d e n t s g e t m y s i g n a t u r e n e x t t o e a c h d r a w n c i r c u i t w h e n t h e y h a v e s u c c e s s f u l l y b u i l t i t a n d m e a s u r e d V , I a n d R . D a y 9 — — T u e s d a y , N o v e m b e r 1 3 A n s w e r s t o h o m e w o r k q u e s t i o n s o n t h e o v e r h e a d Q u e s t i o n s o n h o m e w o r k ? Q u i z o v e r b a s i c e l e c t r i c i t y L i s t o f w h a t s h o u l d b e i n t h e d a i l y w o r k n o t e b o o k s o f a r ( o n t h e o v e r h e a d ) D a y 1 0 — - W e d n e s d a y , N o v e m b e r 1 4 C a t c h u p d a y : F i n i s h B u i l d i n g C i r c u i t s A c t i v i t y 9 7 F i n i s h p . 4 5 5 P o c k e t L a b M — T h u r s d a y , N o v e m b e r 1 5 V i d e o o n N i c k o l i T e s l a D _ a y _ 1 2 — F r i d a y , N o v e m b e r 1 6 L a b e l e d d r a w i n g a n d n o t e s o n t h e c a r b a t t e r y C a r B a t t e r y D e m o S t u d e n t Q u e s t i o n S h e e t f o r a c c o m p a n y C a r B a t t e r y D e m o D i s c u s s s t u d e n t s ’ a n s w e r s N o t e s o n e x a m p l e s o f h a l f - c e l l r e a c t i o n s i n h y b r i d c a r b a t t e r i e s S l i d e S h o w o f h y b r i d c a r s D a y 1 3 - — M o n d a y , N o v e m b e r 1 9 F i l l i n fi r s t 9 v o c a b u l a r y t e r m s o n t h e S t u d y G u i d e t o g e t h e r . V o l t a i c P i l e L a b F i n i s h t h e h y b r i d c a r s l i d e s h o w . D a y 1 4 — T u e s d a y , N o v e m b e r 2 0 D i s c u s s t h e V o l t a i c P i l e L a b . N o t e s o n r e d u c t i o n p o t e n t i a l s L a b e l e d d r a w i n g s o f a fi r e l c e l l ( s t a p l e t o t h e S t u d y G u i d e ) H i g h l i g h t s o f h o w a f u e l c e l l w o r k s E x t r a c r e d i t o p t i o n : B u i l d i n g a 3 - D M o d e l o f a F u e l C e l l , H y b r i d C a r B a t t e r y o r a n E l e c t r i c P l u g - i n B a t t e r y H o m e w o r k : R e a d “ P h o t o v o l t a i c s ” a r t i c l e f r o m t h e N a t i o n a l R e n e w a b l e E n e r g y L a b o r a t o r y D a y 1 5 — T u e s d a y , N o v e m b e r 2 7 Q u e s t i o n s o n t h e h o m e w o r k r e a d i n g ? H o m e w o r k q u i z N o t e s o n c o m p a r i n g a n d c o n t r a s t i n g P V c e l l s w i t h g a l v a n i c c e l l s B u i l d i n g a P V C e l l L a b ( D a y 1 ) D a y 1 6 — W e d n e s d a y , N o v e m b e r 2 8 B u i l d i n g A P V C e l l L a b ( D a y 2 ) T e s t t h e p h o t o v o l t a i c c e l l . H o m e w o r k : R e a d “ D i s c u s s i o n ” p h o t o c o p y a n d m a k e a l a b e l e d d r a w i n g o f t h e P V c e l l a n d a n s w e r t h e p o s t l a b q u e s t i o n s 9 8 D a y 1 7 — T h u r s d a y , N o v e m b e r 2 9 p . 4 5 9 : 1 4 , 1 5 , 1 6 , 1 7 ( E = P t a n d P = V I ) G o o v e r t h e m a t h p r o b l e m s . R e a d p . 4 6 0 — 4 6 2 a l o u d . F i l l i n d e fi n i t i o n s f o r h i g h v o l t a g e l i n e s o n t h e S t u d y G u i d e a n d fi l l i n t h e m a t h e q u a t i o n s f o r k i l o w a t t h o u r a n d t r a n s m i t t i n g p o w e r P r i n c i p l e s o f T e c h n o l o g y V i d e o # 3 ( e l e c t r i c r a t e s e c t i o n ) p . 4 6 4 : 1 - 1 1 a n d a l s o d r a w # 8 . D a y 1 8 - — F r i d a y , N o v e m b e r 3 0 G o o v e r p . 4 6 4 : 1 - 1 1 a n d d r a w i n g o f # 8 . S a m p l e c o s t p r o b l e m R e a d e x a m p l e s o f o p e r a t i n g c o s t s o f v a r i o u s a p p l i a n c e s f r o m a C o n s u m e r ’ s E n e r g y b r o c h u r e . p . 4 6 5 ( P r o b l e m s ) : 2 , 5 , 6 , 8 , 9 , 1 4 G o o v e r p . 4 6 5 p r o b l e m s . L i s t o f w h a t s h o u l d b e i n t h e d a i l y w o r k n o t e b o o k s o f a r ( o n a n o v e r h e a d ) D a y 1 9 — M o n d a y , D e c e m b e r 3 V o c a b u l a r y R e v i e w ( t e x t b o o k c o m p a n y ’ s v e r s i o n ) F i l l i n r e m a i n d e r o f o u r S t u d y G u i d e S t u d y g u i d e ( t e x t b o o k c o m p a n y ’ s v e r s i o n ) D a y 2 0 — T u e s d a y , D e c e m b e r 4 U n i t T e s t S c o r e n o t e b o o k o f d a i l y w o r k a n d t u r n i n . F i r s t D a y o f N e x t U n i t — W e d n e s d a y , D e c e m b e r 5 P o s t S u r v e y H a n d b a c k t e s t s a n d g o o v e r . B e g i n n e x t u n i t . 9 9 A P P E N D I X I I U N I T S T U D Y G U I D E S A P P E N D I X 1 1 A S T U D Y G U I D E F O R T H E R M O D Y N A M I C S A N D O P T I C S 1 . R e s o u r c e s T e x t b o o k p . 2 4 2 — 2 6 0 ( T h e r m o d y n a m i c s ) p . 3 6 8 — 4 0 3 ( O p t i c s ) I I . V o c a b u l a r y T h e r m a l E n e r g y T e m p e r a t u r e H e a t T h e r m a l E q u i l i b r i u m S p e c i fi c H e a t C o n s e r v a t i o n o f E n e r g y F i r s t L a w o f T h e r m o d y n a m i c s E n t r o p y 2 " d L a w o f T h e r m o d y n a m i c s C o n t r o l O p a q u e T r a n s p a r e n t N a t u r a l F r e q u e n c y E m p i r i c a l E n e r g y T r a n s f e r E n e r g y T r a n s f o r m a t i o n W a v e / P a r t i c l e D u a l i t y H e a t o f F u s i o n 1 0 0 H e a t o f V a p o r i z a t i o n I I I . L a b e l e d D r a w i n g s A . F a h r e n h e i t , C e l s i u s a n d K e l v i n T h e r m o m e t e r s B . S o l a r h o t w a t e r h e a t i n g s y s t e m f o r c o l d c l i m a t e s C . T w o o b j e c t s o f d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s D . T w o o b j e c t s w i t h d i f f e r e n t t h e r m a l e n e r g i e s , b u t t h e s a m e t e m p e r a t u r e s 1 0 1 E . T r a n s m i s s i o n , R e fl e c t i o n a n d A b s o r p t i o n ( i n c l u d e a n g l e o f i n c i d e n c e / r e fl e c t i o n ) F . S o l a r C o l l e c t o r w i t h g l a z i n g t h a t h a s a c o a t i n g t o b l o c k I R 1 0 2 G . E l e c t r o m a g n e t i c s p e c t r u m . L a b e l e n d s a s h i g h / l o w e n e r g y , h i g h / l o w f r e q u e n c y , s h o r t / l o n g w a v e l e n g t h H . H e a t E n g i n e ( a n d r e f r i g e r a t o r a n d l S t L a w o f T h e r m o d y n a m i c s ) 1 . G e o t h e r m a l H e a t P u m p ( i n w i n t e r a n d i n s u m m e r ) 1 0 3 I V . C a l c u l a t i o n s A . S p e c i fi c H e a t B . T e m p e r a t u r e C h a n g e s D u e t o H e a t T r a n s f e r C . H e a t T r a n s f e r s N e e d e d t o A f f e c t C h a n g e s o f S t a t e V . R e s e a r c h A . S p e c i fi c H e a t L a b f o r S o l a r C o l l e c t o r s B . A b s o r b a n c e / R a d i a t i o n L a b 1 0 4 C . S t i r l i n g E n g i n e ( B u i l d i n g o n e i s o p t i o n a l a n d e x t r a c r e d i t . K n o w i n g t h i s m a t e r i a l i s n o t o p t i o n a l . ) D . D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r E x p e r i m e n t 1 0 5 A P P E N D I X I I B T E A C H E R ’ S K E Y S T U D Y G U I D E F O R T H E R M O D Y N A M I C S A N D O P T I C S 1 . R e s o u r c e s T e x t b o o k p . 2 4 2 — 2 6 0 ( T h e r m o d y n a m i c s ) ; p . 3 6 8 - 4 0 3 ( O p t i c s ) I I . V o c a b u l a r y T h e r m a l E n e r g y : S u m o f K E + P E o f t h e p a r t i c l e s i n a n o b j e c t . S i z e ( n u m b e r o f p a r t i c l e s ) d o e s a f f e c t s u m o f K E a n d P E . T e m p e r a t u r e : A v e r a g e K B o f t h e p a r t i c l e s i n a n o b j e c t . S i z e o f o b j e c t d o e s n o t a f f e c t t e m p e r a t u r e a s w e d i v i d e b y n u m b e r o f p a r t i c l e s t o g e t a v e r a g e . H e a t : E n e r g y t h a t f l o w s d u e t o a d i f f e r e n c e i n t e m p e r a t u r e . T h e r m a l E q u i l i b r i u m : W h e n t h e r e i s a n e q u a l a m o u n t o f h e a t fl o w i n g f r o m A t o B a s f r o m B t o A . T h e i r t e m p e r a t u r e s w i l l b e e q u a l , b u t t h e i r t h e r m a l e n e r g i e s m a y b e d i f f e r e n t . S p e c i fi c H e a t : A m o u n t o f h e a t t h a t m u s t b e a d d e d t o r a i s e t h e t e m p e r a t u r e o f 1 k g o f a s u b s t a n c e 1 d e g r e e K e l v i n . W a t e r h a s a h i g h s p e c i fi c h e a t . C o n s e r v a t i o n o f E n e r g y : E n e r g y c a n n e i t h e r l e a v e n o r e n t e r a c l o s e d i s o l a t e d s y s t e m . I f e n e r g y i n c r e a s e s i n o n e p a r t o f t h e s y s t e m , i t m u s t d e c r e a s e i n a n o t h e r p a r t o f t h e s y s t e m . F i r s t L a w o f T h e r m o d y n a m i c s : T h e t o t a l i n c r e a s e i n t h e t h e r m a l e n e r g y o f a s y s t e m = ( w o r k d o n e o n i t ) + ( h e a t a d d e d t o i t ) . E n t r o p y : C o m m o n u s a g e : d i s o r d e r . I f c o n s i d e r i n g g r a v i t y : t h e o u t c o m e o r s e q u e n c e o f e v e n t s t h a t i s m o s t l i k e l y t o h a p p e n . 2 “ d L a w o f T h e r m o d y n a m i c s : T h i n g s s p o n t a n e o u s l y g o i n t h e d i r e c t i o n w h i c h r e s u l t s i n t h e g r e a t e s t e n t r o p y . C o n t r o l : A m e a n s o f m e a s u r i n g t h e v a r i a t i o n i n h e r e n t i n t h e s y s t e m . O p a q u e : W i l l n o t t r a n s m i t e l e c t r o m a g n e t i c w a v e s o f t h e f r e q u e n c y o f i n t e r e s t . T r a n s p a r e n t : W i l l t r a n s m i t e l e c t r o m a g n e t i c w a v e s o f t h e f r e q u e n c y o f i n t e r e s t . N a t u r a l F r e q u e n c y : W a v e f r e q u e n c y t h a t c o r r e s p o n d s t o t h e d i f f e r e n c e i n t h e e l e c t r o n s ’ e n e r g y l e v e l s w i t h i n t h e a t o m . E m p i r i c a l : O b j e c t i v e m e a s u r e m e n t t h a t c a n b e a g r e e d u p o n b y t w o i n d e p e n d e n t r e s e a r c h e r s , u s u a l l y q u a n t i t a t i v e . E n e r g y T r a n s f e r : M o v i n g e n e r g y f r o m o n e l o c a t i o n t o a n o t h e r , l i k e m o v i n g s u n ’ s e n e r g y f r o m t h e a b s o r b e r i n a s o l a r c o l l e c t o r t o w a t e r i n t h e p i p e s . E n e r g y T r a n s f o r m a t i o n : C h a n g i n g e n e r g y f r o m o n e f o r m t o a n o t h e r , l i k e c h a n g i n g l i g h t e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y i n a p h o t o v o l t a i c c e l l . W a v e / P a r t i c l e D u a l i t y : A l l e l e c t r o m a g n e t i c f o r m s o f e n e r g y c a n b e o b s e r v e d t o b e h a v e a s w a v e s o r p a r t i c l e s , b u t n e v e r b o t h s i m u l t a n e o u s l y . I t a c t s l i k e a w a v e w h e n t h e r e i s c o n s t r u c t i v e o r d e s t r u c t i v e i n t e r f e r e n c e , a n d l i k e a p a r t i c l e w h e n i t p h y s i c a l l y h i t s a n e l e c t r o n i n c r e a s i n g i t s 1 0 6 e n e r g y . H e a t o f F u s i o n : A m o u n t o f h e a t r e q u i r e d t o m e l t 1 k g o f a s o l i d . H e a t o f V a p o r i z a t i o n : H e a t n e e d e d t o c h a n g e 1 k g o f l i q u i d t o g a s . I H . L a b e l e d D r a w i n g s ( t e a c h e r a n s w e r k e y ) A F a h r e n h e i t , C e l s i u s a n d K e l v i n T h e r m o m e t e r s " ‘ 0 ' . z i t t o o 3 1 3 b o i l i n g 3 ; o : 1 3 f u n . M 3 0 p ' c K B S o l a r h o t w a t e r h e a t i n g s y s t e m f o r c o l d c l i m a t e s . - 0 . “ “ I t “ . - a l t a r ” ” - M u d I I b y h i s ! r u r a l - r m a ” T ( 0 " I 1 U N J 1 0 7 C . T w o o b j e c t s o f d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s - ' a t e 1 ‘ 6 5 ‘ " I l h O ' I ' ) S n o t ‘ m ( “ I ‘ ) ~ ¢ ( « b e m ( « I n 3 2 ? " 1 3 " “ « 0 ' 3 1 I 3 1 ? w e r e “ “ ‘ " 5 7 1 0 8 C 3 / ‘ . \ } 4 . — . v . - % “ ‘ £ 3 3 . ; ‘ 0 3 : c p s t i t u fl u t m e d A fl b i w u s n v I o l — _ ) O . o “ r a l t a a n m e . i s o p a q u . , . { 8 k . “ 5 . y h ” W O M C I ‘ fi x . . g h t h “ fi r I d ! i n a J l a “ l o u t u m “ ( a s ; w a s E . T r a n s m i s s i o n , R e fl e c t i o n a n d A b s o r p t i o n ( i n c l u d e a n g l e o f i n c i d e n c e / r e fl e c t i o n ) \ \ H U G H . X 7 H u t t o n “ ! \ " i t “ x r i m m l s fl m " a l u m A u “ s p e r m ? 1 . I v w c t c a p u X . r ¢ l I t e f f . “ . _ 6 3 : 0 0 ‘ « c t d c n t c s u a l c 0 ‘ “ ( M a n I I 1 0 9 b . 1 M fl a l p s 3 : ( I 4 : . 1 m m h « d m n “ I i u l r t 0 s t v 0 ’ f q l I u r n “ m m c h o “ u m s . e n o I b , “ u t t h a ) u m . s ( N ( a t l h N a t h t i t r u t a b t s r - a v n 5 s 0 p , a r e n t F . S o l a r C o l l e c t o r w i t h g l a z i n g t h a t h a s a c o a t i n g t o b l o c k I R e m 3 A 5 5 0 k a : 5 m y 5 ' 5 i E a fi fl M ‘ i W 5 W r n r s s t o n o G . E l e c t r o m a g n e t i c s p e c t r u m . L a b e l e n d s a s h i g h / l o w e n e r g y , h i g h / l o w f r e q u e n c y , s h o r t / l o n g w a v e l e n g t h . l o w c a n ” I n , “ ” " 9 " ' 0 ” h ' l t l t v l ‘ l ‘ I l L 5 ‘ 3 “ ‘ 0 a n “ I I I I I I I I s h o e ? A T a r d “ 1 ‘ m a n . I , a m t 3 " “ m i c r o fi l m h a s ) 1 1 0 H . H e a t ' E n g i u e ' o s ( a n e e ' . n T d o r e fi ( i O g R r e V r N a t ' o . a fl n d 1 s t L a w o f u r m l o n e T ” h e t m r o o " d y n c h a a m n i n c s e ) l e n e r g y . m u t t I n ( E l e c t r i c H I D C c f fl s c r a fi f - Y o u ( o n 3 d a I n d c M ' Q C ‘ 1 ' . m 5 t h J 6 b a “ m . " « I E " ? * 5 “ : 1 ! e r 9 ” 3 . 4 . 3 1 . “ ' 2 1 I n 1 5 " . a " : Q 5 . “ W o r k " M Q ‘ N ‘ I " " ‘ 5 c a n ” i t M “ t h e L M ' , k b a u x i t e . . . " - = U u S e t h l u u fl u l i « n o 0 “ 0 | . ' 4 “ c e n t r e . “ « o n o u t . 1 . G e o t h e r m a l H e a t P u m p ( i n w i n t e r a n d i n s u m m e r ) m m m m » : 8 5 " . 4 I g ’ I I ’ E I I I I I l 7 " M u m a r s o n “ ! ( I d 3 : ( t h o ; 0 « w e t ‘ I O ' F w o r k s w e l l I n M i c k ! n b e c a u s e i n " g a u 1 . . “ M e g J a n e n e “ b o t - n u n i n t « 1 a “ n s c w m s t e r m : « I I n a m t " . 1 1 1 ~ — — I V . C a l c u l a t i o n s A . S p e c i fi c H e a t Q = h e a t i n c a l o r i e s o r j o u l e s Q = m C A T m = m a s s i n k i l o g r a m s o r g r a m s C = s p e c i f i c h e a t i n J / k g K o r c a l / g ° C A T = T r — T , i n K e l v i n o r ° C I n a c l o s e d , i s o l a t e d s y s t e m t h e t o t a l a m o u n t o f e n e r g y r e m a i n s c o n s t a n t . T h e h e a t e n e r g y , Q , l o s t b y o n e p a r t o f t h e s y s t e m e q u a l s t h e Q g a i n e d b y a n o t h e r p a r t o f t h e s y s t e m . E x a m p l e : A l l o f t h e h e a t l o s t b y t h e m e t a l i s g a i n e d b y t h e l i q u i d i n t h e c a l o r i m e t e r . B . T e m p e r a t u r e C h a n g e s D u e t o H e a t T r a n s f e r A B Q A = ‘ Q n m A C A A T A = m A C A A T A C . H e a t T r a n s f e r s N e e d e d t o A f f e c t C h a n g e s o f S t a t e m e l t i n g : Q = m e H f = h e a t o f f u s i o n ( l o o k u p o n a c h a r t ) f r e e z i n g : Q = - m e v a p o r i z i n g : Q = m H v H v = h e a t o f v a p o r i z a t i o n c o n d e n s i n g : Q = - m H v ( l o o k u p o n a c h a r t ) V . R e s e a r c h A . S p e c i fi c H e a t L a b f o r S o l a r C o l l e c t o r s 1 . T e l l w h i c h o f t h e 3 l i q u i d s w o u l d b e b e s t s u i t e d f o r u s e i n t h e m a n i f o l d o f a c l o s e d - l o o p h o t w a t e r h e a t e r s y s t e m . U s e e m p i r i c a l e v i d e n c e f r o m y o u r l a b t o s u p p o r t y o u r c l a i m . 2 . L i s t s o m e p o s s i b l e s o u r c e s o f e r r o r . 3 . E x p l a i n y o u r c h o i c e o f f o l l o w - u p s t u d i e s . B . A b s o r b a n c e / R a d i a t i o n L a b 1 . S u g g e s t s p e c i f i c i m p r o v e m e n t s t h a t c o u l d b e m a d e i n t h e p r o c e d u r e . 2 . P r e d i c t t h e o u t c o m e i f t h e p r o c e d u r e i s c h a n g e d o r d i f f e r e n t v a r i a b l e s a r e t e s t e d . 1 1 2 W A N C . S t e r l i n g E n g i n e ( B u i l d i n g o n e i s o p t i o n a l a n d e x t r a c r e d i t . K n o w i n g t h i s m a t e r i a l i s n o t o p t i o n a l . ) « P l a n e t . o r s o l " r e u n i t e “ ( t e a c h e r a n s w e r k e y ) T o s t a r t t h e e n g i n e , h e a t i s a p p l i e d t o t h e b o t t o m a n d c o l d t o t h e t o p . T h e c r a n k i s s l o w l y t u r n e d u n t i l t h e e n g i n e s t a r t s . H o t a i r e x p a n d s , p u s h e s t h e p i s t o n u p . T h e b a l l o o n p o o f s u p , t u r n i n g t h e c r a n k . H o t a i r i s n o w p a r t i a l l y i n t h e c o l d e n d s o i t c o o l s a n d c o n d e n s e s . T h e b a l l o o n c o l l a p s e s d o w n , t u r n i n g t h e c r a n k . T h e r e i s n o c o m b u s t i o n s o i t ’ s q u i e t , a l s o n o e x h a u s t . S o l a r r a d i a t i o n c a n b e t h e h e a t s o u r c e f o r t h e h o t r e s e r v o i r . D . D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r E x p e r i m e n t 1 . S t a t e t h r e e n e w q u e s t i o n s y o u h a v e i n r e g a r d s t o s o l a r h e a t i n g s y s t e m s t h a t c o u l d b e i n v e s t i g a t e d i n a n e m p i r i c a l m a n n e r . 2 . P i c k o n e o f t h e q u e s t i o n s a n d d e s c r i b e h o w y o u w o u l d t e s t i t . B e s u r e t o i d e n t i f y t h e v a r i a b l e a n d d e s c r i b e y o u r c o n t r o l . 1 1 3 A P P E N D I X 1 1 C S T U D Y G U I D E F O R T H E R M O D Y N A M I C S A N D O P T I C S U N I T A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y T h e s t u d y g u i d e w a s fi l l e d i n g r a d u a l l y o v e r t h e c o u r s e o f t h e u n i t a s t h e v a r i o u s c o n c e p t s w e r e e n c o u n t e r e d . O n t h e v o c a b u l a r y t e r m s , I s o m e t i m e s t o l d s t u d e n t s w h a t t o w r i t e i n f o r t h e d e fi n i t i o n s . O t h e r t i m e s I w o u l d h a v e t h e s t u d e n t s fi l l t h e m i n a n d t h e n w e w o u l d g o o v e r t h e m a s a c l a s s t o b e s u r e t h e y h a d n ’ t o m i t t e d a k e y a s p e c t o r i m p o r t a n t d i s t i n c t i o n . I d r e w t h e l a b e l e d d i a g r a m s o n t h e b o a r d a s I g a v e b a c k g r o u n d a n d / o r e x p l a i n e d t h e f u n c t i o n o f t h e p a r t s a n d t h e w h o l e . T h e s p a c e I a l l o t t e d o n t h e s t u d y g u i d e f o r I I I B , S o l a r H o t W a t e r H e a t i n g S y s t e m , w a s i n a d e q u a t e . S t u d e n t s d r e w i t o n a s e p a r a t e s h e e t o f p a p e r a n d s t a p l e d t h a t p a g e t o t h e i r s t u d y g u i d e . A l s o , f o r t h a t p a r t i c u l a r d r a w i n g 1 u s e d d i f f e r e n t c o l o r e d m a r k e r s o n t h e b o a r d a n d s t u d e n t s u s e d c o l o r e d p e n c i l s . L i q u i d h e a t e d b y s o l a r r a d i a t i o n ( p r o p y l e n e g l y c o l ) w a s y e l l o w . C o l d p r o p y l e n e g l y c o l , a s w e l l a s c o l d w a t e r , w a s b l u e . W a t e r h e a t e d b y t h e h e a t e x c h a n g e r w a s r e d . I d i d n o t e n d u p h a v i n g t h e m fi l l i n a n y t h i n g u n d e r V R e s e a r c h A , B a n d D a s t h e r e w a s n o t r o o m n o r t i m e f o r e x t e n s i v e q u e s t i o n s a b o u t t h o s e o n t h e u n i t t e s t . T h e s t u d e n t s t h o u g h t t h e d r a w i n g o f t h e h o t w a t e r s y s t e m w a s g e t t i n g p r e t t y c o m p l e x b e f o r e w e fi n i s h e d i t . B u t a d d i n g t h e c o l o r s s e e m e d t o h e l p . I w a l k e d o v e r t o o n e s t u d e n t w h o l o o k e d v e r y c o n f u s e d a n d s h o w e d h e r e x a c t l y w h e r e t o p u t t h e b l u e v e r s u s t h e y e l l o w o n t h e h e a t e x c h a n g e r p o r t i o n o f t h e d r a w i n g . S h e s a i d , “ O h , n o w t h a t m a k e s s e n s e . ” F o r s o m e o f t h e t o p i c s t h a t I g a v e l e c t u r e n o t e s o n , w e w a i t e d u n t i l l a t e r t o fi l l t h a t i n f o r m a t i o n i n o n t h e s t u d y g u i d e . T h a t w a y i t c o u l d b e r e v i s i t e d a g a i n f o r r e v i e w d u r i n g 1 1 4 t h e c o u p l e o f d a y s b e f o r e t h e u n i t t e s t . S o m e s e c t i o n s w e r e fi l l e d i n d i r e c t l y o n t h e s t u d y g u i d e i n p l a c e o f t a k i n g s e p a r a t e l e c t u r e n o t e s . T h i s s t r a t e g y w a s e m p l o y e d m o s t o f t e n w i t h t h e v o c a b u l a r y t e r m s . T h e e l e c t r o m a g n e t i c s p e c t r u m w a s i n c l u d e d u n d e r l a b e l e d d r a w i n g s e v e n t h o u g h i t s h o u l d h a v e b e e n r e v i e w f o r t h e s t u d e n t s . A c c u r a t e k n o w l e d g e o f t h e r e l a t i v e f r e q u e n c i e s a n d e n e r g i e s l e a d s t o a b e t t e r u n d e r s t a n d i n g o f a m a t e r i a l ’ s t r a n s m i s s i o n , a b s o r p t i o n a n d r e fl e c t i o n p r o p e r t i e s . A n d t h i s y e a r , a s u s u a l , I f o u n d t h a t m a n y s t u d e n t s h a d e i t h e r f o r g o t t e n o r n e v e r l e a r n e d t h e b a s i c s o f t h e e l e c t r o m a g n e t i c s p e c t r u m . T h e s t u d e n t s a p p r e c i a t e d h a v i n g a s e p a r a t e s e c t i o n o f t h e s t u d y g u i d e f o r m a t h e q u a t i o n s . I n t h e p a s t , t h e t o p i c s o n m y s t u d y g u i d e s w e r e a r r a n g e d c h r o n o l o g i c a l l y a s f a r a s w h e n w e e n c o u n t e r e d e a c h i n t h e u n i t . A s a r e s u l t , t h e m a t h e q u a t i o n s w e r e s p r i n k l e d t h r o u g h o u t . T h e r e w a s n o t a g o o d w a y f o r s t u d e n t s t o b e s u r e t h e y h a d n ’ t o m i t t e d o n e i f t h e y h a d b e e n a b s e n t . S o , s t u d e n t s w e r e a l w a y s a s k i n g m e t o l i s t a l l o f t h e f o r m u l a s w h e n w e d i d o u r r e v i e w . T h i s y e a r t h e y w e r e a l r e a d y t o g e t h e r i n o n e s p o t . W h e n fi l l i n g i n t h e m a t h s e c t i o n s o f t h e s t u d y g u i d e , w e o n l y i n c l u d e d t h e f o r m u l a , w h a t e a c h v a r i a b l e s t a n d s f o r , v a l u e s o f a n y c o n s t a n t s , a n d o n e o r t w o t i p s t o r e m e m b e r w h e n d o i n g t h i s t y p e o f p r o b l e m ( i f a p p l i c a b l e ) . S t u d e n t s w h o g e t o v e r w h e l m e d w i t h d e r i v a t i o n s o f f o r m u l a s w e r e r e l i e v e d w h e n w e fi l l e d i n t h e m a t h s e c t i o n o n t h e s t u d y g u i d e . “ O h , i s t h i s a l l w e h a v e t o k n o w ? ” I d i d r e m i n d t h e m t h a t t h e y a l s o n e e d e d t o p r a c t i c e d o i n g m a t h p r o b l e m s w i t h t h e f o r m u l a s . 1 1 5 A P P E N D I X I I D E L E C T R I C I T Y S T U D Y G U I D E 1 . V o c a b u l a r y E l e c t r o c h e m i c a l r e a c t i o n P h y s i c s c u r r e n t C o n v e n t i o n a l c u r r e n t E l e c t r o l y t i c c e l l B a t t e r y A n o d e C a t h o d e D i s c h a r g e C h a r g e F u e l c e l l D i r e c t c u r r e n t A l t e r n a t i n g c u r r e n t H e a t e r s , o v e n s , t o a s t e r s P h o t o v o l t a i c c e l l D o p i n g H i g h V o l t a g e l i n e s 1 1 6 V o l t a g e C o u l o m b s L a w I n s u l a t o r C o n d u c t o r s C h a r g i n g b y c o n d u c t i o n C h a r g i n g b y i n d u c t i o n C o u l o m b A m p e r e E l e c t r i c P o w e r R e s i s t a n c e E l e c t r i c P o t e n t i a l E l e c t r i c c u r r e n t C o n t r o l l i n g c u r r e n t 1 1 . L a b e l e d D r a w i n g s A . S c h e m a t i c S y m b o l s B . C l o s e d C i r c u i t 1 1 7 C . P a r a l l e l a n d S e r i e s C i r c u i t D . C u r r e n t F l o w E . E l e c t r o l y t i c C e l l F . A m m e t e r s a n d V o l t r n e t e r s G . C a r B a t t e r y 1 1 8 H . F u e l C e l l 1 1 9 I . P h o t o v o l t a i c C e l l 1 1 1 . M a t h E q u a t i o n s A . C o u l o m b s L a w B . P o w e r C . O h m ’ s L a w D . T r a n s m i t t i n g P o w e r E . K i l o w a t t H o u r 1 2 0 A P P E N D I X I I E T E A C H E R ’ S K E Y F O R E L E C T R I C I T Y S T U D Y G U I D E 1 . V o c a b u l a r y E l e c t r o c h e m i c a l r e a c t i o n : A r e a c t i o n t h a t p r o d u c e s e l e c t r o n s . P h y s i c s c u r r e n t : i s t h e f l o w o f c h a r g e d p a r t i c l e s , u s u a l l y e l e c t r o n s . C o n v e n t i o n a l c u r r e n t : i s t h e f l o w o f p o s i t i v e c h a r g e . I t i s i n t h e o p p o s i t e d i r e c t i o n o f t h e fl o w o f e l e c t r o n s . I t w a s e s t a b l i s h e d a t t h e t i m e o f B e n F r a n k l i n , b e f o r e i t w a s k n o w n t h a t e l e c t r i c i t y i s t h e f l o w o f e l e c t r o n s . E l e c t r o l y t i c c e l l : E l e c t r i c i t y m u s t b e s u p p l i e d . T h i s c e l l u s e s t h e e l e c t r i c i t y t o p o w e r e l e c t r o c h e m i c a l r e a c t i o n s . I t i s a b a t t e r y t h a t i s r u n n i n g b a c k w a r d s . B a t t e r y : O n e o r m o r e c e l l s i n w h i c h c h e m i c a l p o t e n t i a l e n e r g y i s c o n v e r t e d t o e l e c t r i c a l e n e r g y b y w a y o f a n e l e c t r o c h e m i c a l r e a c t i o n . A n o d e : T h e e l e c t r o d e , o r t e r m i n a l , f r o m w h i c h e l e c t r o n s l e a v e . I n a b a t t e r y t h e i d e n t i t y o f t h e a n o d e a n d c a t h o d e s w a p p l a c e s d e p e n d i n g u p o n w h e t h e r t h e b a t t e r y i s c h a r g i n g o r d i s c h a r g i n g . C a t h o d e : T h e e l e c t r o d e , o r t e r m i n a l , t h r o u g h w h i c h e l e c t r o n s e n t e r . D i s c h a r g e : T h e u n i t i s a c t i n g a s a b a t t e r y , c o n v e r t i n g c h e m i c a l p o t e n t i a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . C h a r g e : T h e u n i t i s a c t i n g a s a n e l e c t r o l y t i c c e l l , c o n v e r t i n g e l e c t r i c a l e n e r g y t o c h e m i c a l e n e r g y . E l e c t r i c i t y m u s t b e s u p p l i e d t o g e t n o n - s p o n t a n e o u s c h e m i c a l r e a c t i o n s t o h a p p e n . F u e l c e l l : c o n v e r t s c h e m i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . S i m i l a r t o a b a t t e r y e x c e p t t h a t t h e r e a c t a n t s c o n t i n u a l l y e n t e r t h e c e l l f r o m o u t s i d e t h e c e l l . D i r e c t c u r r e n t : w a s c h a m p i o n e d b y T h o m a s E d i s o n . E l e c t r o n s f l o w c o n t i n u o u s l y i n o n e d i r e c t i o n o n l y . A l t e r n a t i n g c u r r e n t : N i k o l a T e s l a a r g u e d f o r t h i s t y p e a t t h e t i m e t h a t E d i s o n w a s i n s t a l l i n g p o w e r s t a t i o n s a t e v e r y c i t y b l o c k . I t c a n b e t r a n s p o r t e d l o n g e r d i s t a n c e s t h a n d i r e c t c u r r e n t . T h e d i r e c t i o n o f e l e c t r o n fl o w c h a n g e s d i r e c t i o n a t r e g u l a r i n t e r v a l s . I n t h e U S t h e d i r e c t i o n c h a n g e s 6 0 t i m e s p e r s e c o n d . H e a t e r s , o v e n s , t o a s t e r s : c o n v e r t e l e c t r i c a l e n e r g y t o t h e r m a l e n e r g y . A s e l e c t r o n s f i g h t t h e i r w a y t h r o u g h t h e r e s i s t o r ( e l e m e n t , c o i l ) t h e r e s u l t i n g f r i c t i o n c a u s e s h e a t a n d l i g h t t o b e g i v e n o f f . 1 2 1 P h o t o v o l t a i c c e l l : P h o t o n s f r o m t h e s u n h i t t h e P V c e l l a n d c r e a t e e n e r g y b y m e a n s o f t h e p h o t o e l e c t r i c e f f e c t . T h e p h y s i c a l s t r u c t u r e i s s i m i l a r t o a b a t t e r y . T h e r e i s a n a n o d e , a c a t h o d e a n d a n e l e c t r o l y t e . D o p i n g : m e a n s a d d i n g i m p u r i t i e s o n p u r p o s e . I t i s d o n e t o s e m i c o n d u c t o r s t o g e t m o r e f r e e - f l o w i n g e l e c t r o n s a n d t h u s a l a r g e r c u r r e n t . H i g h V o l t a g e l i n e s : a r e u s e d t o t r a n s m i t e l e c t r i c a l p o w e r . I n c r e a s i n g t h e v o l t a g e a l l o w s a h i g h e r a m o u n t o f p o w e r t o b e t r a n s m i t t e d w i t h c u r r e n t r e m a i n i n g l o w . ( P = V I ) C u r r e n t n e e d s t o b e k e p t l o w t o r e d u c e t h e a m o u n t o f p o w e r l o s t a s t h e r m a l e n e r g y a s t h e r e i s a l o t o f r e s i s t a n c e a n d f r i c t i o n i n t h e l o n g w i r e s . T h e r m a l e n e r g y l o s s = P = 1 2 R . V o l t a g e : t h e u n i t s o f e l e c t r i c p o t e n t i a l . C o u l o m b s L a w : T h e s t r e n g t h o f t h e f o r c e b e t w e e n t w o c h a r g e d o b j e c t s i s p r o p o r t i o n a l t o t h e m a g n i t u d e s o f t h e c h a r g e s a n d i n v e r s e l y p r o p o r t i o n a l t o t h e s q u a r e o f t h e d i s t a n c e b e t w e e n t h e m . I n s u l a t o r : m a t e r i a l t h r o u g h w h i c h c h a r g e s h a v e t r o u b l e m o v i n g . E x a m p l e s a r e g l a s s , d r y w o o d , m o s t p l a s t i c s , d r y a i r . C o n d u c t o r s : m a t e r i a l s t h a t a l l o w c h a r g e s t o m o v e f r e e l y . E x a m p l e s a r e m e t a l s a n d g r a p h i t e . C h a r g i n g b y c o n d u c t i o n : c h a r g i n g a n e u t r a l b o d y b y t o u c h i n g i t w i t h a c h a r g e d b o d y . C h a r g i n g b y i n d u c t i o n : c h a r g i n g w i t h o u t p h y s i c a l l y t o u c h i n g . E x a m p l e : a n e g a t i v e l y c h a r g e d r o d c a u s e s e l e c t r o n s i n a n e a r b y o b j e c t t o m o v e a w a y f r o m t h e r o d . T h e p o r t i o n o f t h e o b j e c t w i t h f e w e l e c t r o n s b e c o m e s p o s i t i v e . C o u l o m b : 6 . 2 5 x 1 0 1 8 e l e c t r o n s A m p e r e : ( A m p o r A ) t h e u n i t o f c u r r e n t , r a t e o f f l o w o f e l e c t r o n s . O n e a m p = o n e C o u l o m b p e r s e c o n d . E l e c t r i c P o w e r : ( P ) t h e r a t e a t w h i c h e n e r g y i s t r a n s f e r r e d . U n i t s o f p o w e r i s t h e W a t t . R e s i s t a n c e : o p p o s e s t h e f l o w o f e l e c t r o n s . T h e m o r e f r i c t i o n i s g e n e r a t e d b y t h e e l e c t r o n s m o v i n g t h r o u g h t h e m a t e r i a l , t h e h i g h e r t h e r e s i s t a n c e . F r i c t i o n c a n c a u s e h e a t a n d o r l i g h t t o b e e m i t t e d . 1 2 2 o m ( . 1 t h C l o u d c l m r l i E l e c t r i c P o t e n t i a l : ( v o l t a g e ) t h e d i f f e r e n c e i n p o t e n t i a l e n e r g y o r c h a r g e . I t i s t h e p u s h b e h i n d t h e e l e c t r o n f l o w . I t i s a r e s u l t o f h o w b a d l y t h e e l e c t r o n s w a n t t o g e t t o t h e p o s i t i v e c h a r g e . T h e b i g g e r t h e d i f f e r e n c e i n p o t e n t i a l e n e r g y , t h e m o r e t h e y w a n t t o g e t t h e r e . U n i t s : V o l t s . E l e c t r i c c u r r e n t : ( I ) t h e f l o w o f c h a r g e d p a r t i c l e s , p o s i t i v e o r n e g a t i v e . I t c a n b e c o n t r o l l e d b y v a r y i n g t h e v o l t a g e ( a d d i n g o r r e m o v i n g b a t t e r i e s , o r t u r n i n g t h e d i a l o n t h e p o w e r s o u r c e ) , o r b y v a r y i n g t h e r e s i s t a n c e ( a d d i n g o r s u b t r a c t i n g r e s i s t o r s , c h a n g i n g t h e i d e n t i t y o f t h e w i r e , c h a n g i n g t h e l e n g t h o f t h e w i r e , u s i n g a p o t e n t i o m e t e r ) . C o n t r o l l i n g c u r r e n t : I t c a n b e c o n t r o l l e d b y v a r y i n g t h e v o l t a g e ( a d d i n g o r r e m o v i n g b a t t e r i e s o r t u r n i n g t h e d i a l o n t h e p o w e r s u p p l y ) o r b y v a r y i n g t h e r e s i s t a n c e ( a d d i n g o r s u b t r a c t i n g r e s i s t o r s , c h a n g i n g t h e l e n g t h o f t h e w i r e p e r h a p s b y u s i n g a p o t e n t i o m e t e r o r b y c h a n g i n g t h e i d e n t i t y o f t h e w i r e ) , I I . L a b e l e d D r a w i n g s ( t e a c h e r a n s w e r k e y ) A . S c h e m a t i c S y m b o l s u n fl - * - ' I . I I l 6 D " I “ I I I I Q r e s t r i c t « t o : m . @ — ( f i l l . N I . ( 0 ' W ) ( « a » ) ” I " “ M d " ” H M ” B . C l o s e d C i r c u i t T o g e t c u r r e n t t o f l o w y o u m u s t h a v e a c o n d u c t o r , a p o t e n t i a l d i f f e r e n c e a n d a c l o s e d l o o p . . 1 4 ” , 1 2 3 * e r t M ? u » ! n 1 € - l F m u a _ - u l l _ ( ¢ ) _ ' J r L a k ( c , , . r L ‘ I " n I m I a u “ e . . ' r . fl _ a “ _ l _ _ J C . P a r a l l e l a n d S e r i e s C i r c u i t S o r t “ ( I t " A “ v i r a i d ( t o c m . " I f . W + I f ] _ I I " ' p a D . C u r r e n t F l o w E . E l e c t r o l y t i c C e l l fl u i u l y I - t c « I I I n ” ! o f m m a ' l f u n “ I t “ , a m M - M e n u “ m e t - m l I M I a 1 “ . ¢ ’ O I O H b “ " ” “ . w . I “ ‘ 0 " 4 " . 9 " ” A ” d u h b e n t I t ; 3 “ N M a l l , ( ' 1 4 , ) 1 2 4 ( o m c u l d ~ ~ p a r a l l e l m t ! " 3 . 4 m p l a t e s F . A m m e t e r s a n d V o l t m e t e r s C o n u fl c ‘ i n i n m m “ { t h G . C a r B a t t e r y i n ' w u " fi t s ; a l l ” ' 3 ‘ e ' fi v ‘ ; ; : ¢ ‘ + ‘ ( g c n O n e * * 0 ‘ a \ P a t h “ a n d 0 0 9 c h ‘ . ) ‘ P i c k s - fi i ‘ u e n ( I 1 m , i P 5 0 1 " ‘ 1 w i t h ! D i s c h a r g i n g ( A c t i n g l i k e a b a t t e r y ) : e l e c t r o l y t e : H 2 8 0 4 - > 2 H + + 8 0 4 2 ‘ a t t h e a n o d e : P b + $ 0 . " — > P b S O 4 + 2 e " a t t h e c a t h o d e : P h o 2 + 4 H + + s o i ‘ - > P h s o 4 + 2 H 2 0 C h a r g i n g ( A c t i n g l i k e a n e l e c t r o l y t i c c e l l ) : E l e c t r i c i t y i s a p p l i e d a n d t h e r e a c t i o n s a b o v e r u n b a c k w a r d s . 1 2 5 H . F u e l C e l l A b a t t e r y h a s i t s c h e m i c a l s s t o r e d i n s i d e a n d e v e n t u a l l y t h e y a l l g e t c o n v e r t e d t o p r o d u c t . I n a f u e l c e l l , t h e c h e m i c a l s ( r e a c t a n t s ) c o n s t a n t l y f l o w i n t o t h e c e l l f r o m o u t s i d e . S o i t n e v e r g o e s “ d e a d ” l i k e a b a t t e r y . G e n e r i c F u e l ( 2 “ w h o M « t h e » “ M ! ( ' l , “ c u m o n " ” t o o w n - q u a ? P t r E a r t h e n M i m e ” ( P M f u e l i i “ t h u n k i t 1 2 6 O v e r a l l r e a c t i o n : 2 H ; + 0 2 » 2 H 2 0 N o p o l l u t i o n ! U s e s 0 ; f r o m a i r a n d H ; w h i c h i s p l e n t i f u l b u t e x p l o s i v e . A n o d e : c o n d u c t s e ' f r e e d f r o m H ; t o t h e e x t e r n a l c i r c u i t a n d h a s c h a n n e l s t o d i s p e r s e t h e H 2 g a s e v e n l y o v e r t h e c a t a l y s t . C a t h o d e : h a s c h a n n e l s t o d i s p e r s e 0 2 o v e r t h e s u r f a c e o f t h e c a t a l y s t a n d c o n d u c t e ' f r o m t h e e x t e r n a l c i r c u i t s o t h e y c a n c o m b i n e w i t h H + a n d 0 t o m a k e w a t e r . E l e c t r o l fl e : ( t h e m e m b r a n e ) l o o k s l i k e S a r a n w r a p a n d m u s t b e h y d r a t e d t o w o r k . I t b l o c k s e ' s o t h e y h a v e t o g o t h r o u g h t h e e x t e r n a l c i r c u i t , a n d i t c o n d u c t s H ” . C a t a l y s t : T h i n c o a t o f p l a t i n u m n a n o p a r t i c l e s o n c a r b o n p a p e r o r c l o t h . I t i s r o u g h a n d p o r o u s s o h a s l o t s o f s u r f a c e a r e a f o r H + a n d O t o r e a c t o n . S p e e d s u p t h e r e a c t i o n . ( t D ‘ ' " " 9 H fl ( E d u T I I 3 5 ‘ t g G » ; e C n o t n g ] “ e d i a ! ! _ d ' fl n a ' c « 1 ‘ ° d % 3 ? 3 i 5 o 3 ’ ’ S 3 0 . : i : c C s ' n i . m a « 6 E I x A p o M L t 0 a “ n e ' fi 4 i c 0 ( a % “ G S W G ‘ n " : \ % “ 5 1 ‘ o ” i w « e “ o g k ’ L e h u . 3 t 2 d I m 5 u i ’ “ h A fl P ( i N ) . r . W q v m u u u h p T E s k 9 a . ‘ : “ “ “ c n ” " A v ‘ r C a . a “ ] ! 7 | 1 fi ; i : a c fl o n I . P h o t o v o l t a i c C e l l . 9 8 . . © 0 0 3 1 “ 1 2 7 I I I . M a t h E q u a t i o n s A . C o u l o m b s L a w q a n d q ’ a r e c h a r g e s o f t h e o b j e c t s F a 1 / d 2 o r F = q u ’ l d 2 k i s a c o n s t a n t ( I i s t h e d i s t a n c e b e t w e e n t h e o b j e c t s ’ c e n t e r s B . P o w e r P = p o w e r i n W a t t s 1 W a t t = 1 V A P = V I V = p o t e n t i a l d i f f e r e n c e i n v o l t s I = c u r r e n t i n a m p s C . O h m ’ s L a w V = I R R = r e s i s t a n c e i n o h m s ( 9 ) D . T r a n s m i t t i n g P o w e r S u b s t i t u t e V = I R i n t o P = V I : P = ( I R ) I P = I 2 R a n d s i n c e w e a r e r e f e r r i n g t o t h e r m a l e n e r g y : Q = I 2 R E n e r g y = E = P t P = p o w e r i n W a t t s t = t i m e i n s e c o n d s E = e n e r g y i n j o u l e s E . K i l o w a t t H o u r : 1 0 0 0 W a t t s d e l i v e r e d c o n t i n u o u s l y f o r 3 6 0 0 s e c o n d s ( o n e h o u r ) 1 k W h = ( 1 o o o w x s o o o s ) = ( 1 0 0 0 J / s ) ( 3 6 0 0 3 ) = 3 . 6 x 1 0 6 J o u l e s 1 2 8 A P P E N D I X I I F E L E C T R I C I T Y S T U D Y G U I D E A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y M o s t o f t h e v o c a b u l a r y t e r m s w e r e fi l l e d i n t o g e t h e r a s a c l a s s . W e j u s t fi l l e d i n a f e w a t a t i m e o n d a y s w h e n t h o s e t e r m s r e l a t e d t o t h e d a y ’ s l e s s o n . S t u d e n t s w e r e q u i t e f o c u s e d a t t h e s e t i m e s . O n t h e d a y b e f o r e t h e t e s t , a s a p a r t o f o u r r e v i e w , w e fi l l e d i n t h e p a r t s o f t h e s t u d y g u i d e t h a t h a d n o t y e t b e e n d o n e . I g o t t o t a l l y m i x e d u p w h e n d r a w i n g o u t t h e e l e c t r o l y s i s d i a g r a m f o r t h e m t o fi l l i n . I t h a d b e e n t w o w e e k s s i n c e t h e e l e c t r o l y s i s l e s s o n s , a n d t h i s h a d b e e n b r a n d n e w m a t e r i a l f o r m e a s w e l l a s f o r t h e s t u d e n t s ! I w a s c o n f u s e d a b o u t d i r e c t i o n o f fl o w o f e l e c t r o n s a n d s i g n o f c h a r g e o n t h e t e r m i n a l s w h e n t h e c e l l w a s r u n n i n g b a c k w a r d s a n d a c t i n g a s a b a t t e r y . I h a v e s i n c e d e c i d e d t o f o c u s o n t h e f a c t t h a t e l e c t r o n s l e a v e t h e a n o d e t o a v o i d c o n f u s i o n i n t h e f u t u r e . S t u d e n t s e x p r e s s e d a n x i e t y o v e r t h e p r o b l e m s o n t h e t e s t r e l a t e d t o l a b e l e d d i a g r a m s . I s u g g e s t e d t h a t t h e y d o m u l t i p l e d r a w i n g o f a l l o f t h e l a b e l e d d i a g r a m s t o b e s u r e t h a t t h e y c o u l d r e p r o d u c e t h e m . M o s t a g r e e d t h a t h a v i n g a l l o f t h e d r a w i n g s o n t h e s t u d y g u i d e d i d h e l p e a s e t h e w o r r y o f e x a c t l y w h a t w o u l d b e c o v e r e d o n t h e t e s t a n d h e l p e d f o c u s t h e i r s t u d y . 1 2 9 G A T E U C S T A N H I M I Mil/”mmwill»;g)mmnlx’llll’ll V H I T V E S 3 1 2 9 3 0 9 5 6 8 7 7 5 h ( a ‘ s : 2 3 . . . m 2 a . fi 5 fl h 5 n 1 h w . t I : n 3 ? I 3 . ? . 5 ? . . . 1 . a . . i n . m 3 . . . M . I f H n . i . I ” . . t a t l u s l . . u 3 1 . - n r x a c . v l : - N , t a . ! a l - ” 3 $ 7 . : \ 1 . I J “ n é ‘ d . 3 1 k . v 2 v t ‘ . . , V v 1 ? , 7 1 L . 2 , 2 . . ' 1 0 . - L I B R A R Y M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y P L A C E I N R E T U R N B O X t o r e m o v e t h i s c h e c k o u t f r o m y o u r r e c o r d . T O A V O I D F I N E S r e t u r n o n o r b e f o r e d a t e d u e . M A Y B E R E C A L L E D w i t h e a r l i e r d u e d a t e i f r e q u e s t e d . D A T E D U E D A T E D U E D A T E D U E 5 / 0 8 K z l P r o j / A c c 8 P r a s / C I R C I D a I e D u e i n d d U S I N G A L T E R N A T I V E E N E R G Y C O N C E P T S A N D H A N D S - O N A C T I V I T I E S T o T E A C H P H Y S I C S B E N C H M A R K S A N D I N C R E A S E S T U D E N T M O T I V A T I O N : T H E R M O D Y N A M I C S , O P T I C S A N D E L E C T R I C I T Y V O L U M E 1 1 B y J e r r i L y n n A m o s O s m a r A T H E S I S S u b m i t t e d t o M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y i n p a r t i a l f u l fi l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f M A S T E R O F S C I E N C E I n t e r d e p a r t m e n t a l P h y s i c a l S c i e n c e s 2 0 0 8 A P P E N D I X I I I A S S E S S M E N T S A P P E N D I X I I I A P R E T E S T F O R T H E T H E R M O D Y N A M I C S U N I T 1 . L o o k a t t h e d r a w i n g b e l o w t o a n s w e r t h e q u e s t i o n s t h a t f o l l o w . F i g u r e 8 S o l a r S p a c e ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) a ) D r a w a r r o w s r e p r e s e n t i n g t h e w a v e l e n g t h s o f l i g h t t h a t a r e t r a n s m i t t e d , r e fl e c t e d , a b s o r b e d o r e m i t t e d b y e a c h o b j e c t . b ) H o w w o u l d t h e d i a g r a m b e d i f f e r e n t i f i t w a s n i g h t t i m e ? 1 3 0 c ) I f y o u w a n t e d t o e x p e r i m e n t w i t h m a k i n g t h e r o o m h o t t e r o r c o o l e r , w h a t s o r t s o f p a r a m e t e r s c o u l d y o u v a r y a n d t e s t ? W h a t d o y o u e x p e c t t o h a p p e n t o e a c h a n d w h y ? 2 . I s i t p o s s i b l e t o u s e e n e r g y f r o m t h e s u n ( s o l a r e n e r g y , a p o p u l a r a l t e r n a t i v e e n e r g y ) t o a i r c o n d i t i o n y o u r h o m e ? E x p l a i n ? 3 . W h a t d e t e r m i n e s t h e a m o u n t o f w o r k y o u c a n g e t o u t o f a h e a t e n g i n e ? 4 . W h a t t e r m m e a n s “ a s u b s t a n c e ’ s a b i l i t y t o s t o r e h e a t ” ? W h a t f o r m u l a i s u s e d t o c a l c u l a t e i t s v a l u e ? 1 3 1 5 . T h e r e i s a s o l a r c o l l e c t o r o n y o u r r o o f h e a t i n g w a t e r f o r y o u r s w i m m i n g p o o l . a ) C i r c l e t h r e e a r e a s w h e r e t h e r e i s t e m p e r a t u r e c h a n g e d u e t o h e a t t r a n s f e r . b ) I d e n t i f y t h e t w o s u b s t a n c e s t h a t a r e c o m i n g i n t o c o n t a c t i n e a c h a r e a t h a t y o u c i r c l e d . J u s t w r i t e t h e w o r d s b e s i d e t h e c i r c l e . c ) W h a t e q u a t i o n w o u l d y o u u s e t o d e t e r m i n e t h e fi n a l t e m p e r a t u r e w h e n s u b s t a n c e s o f t w o d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s c o m e i n t o c o n t a c t ? F i g u r e 9 S o l a r H e a t e d P o o l ( t e a c h e r d r a w i n g ) 1 3 2 6 . D e s c r i b e a s c e n a r i o w i t h f a m i l i a r o b j e c t s t h a t i l l u s t r a t e s t h e r m a l e q u i l i b r i u m . C o m m e n t o n h e a t fl o w a n d t e m p e r a t u r e . l K g C u 1 0 k g C u F i g u r e 1 0 B l o c k s o f C o p p e r I f b o t h b l o c k s o f c o p p e r a r e e x p e r i e n c i n g t h e s a m e e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s , w h i c h w o u l d h a v e a a ) h i g h e r t e m p e r a t u r e ? W h y ? b ) g r e a t e r t h e r m a l e n e r g y ? W h y ? 1 3 3 T E A C H E R ’ S K E Y F O R T H E R M O D Y N A M I C S U N I T P R E T E S T 1 . L o o k a t t h e d r a w i n g b e l o w t o a n s w e r t h e q u e s t i o n s t h a t f o l l o w . x 2 ’ l ‘ i l ‘ q a u o a ) p e l q « - 7 ' . — . / 0 & 0 T J w i n d o w g l a s s t h a t b l o c k s 1 i n f r a r e d r a y s F i g u r e 1 1 S o l a r S p a c e A n s w e r K e y ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) a ) D r a w a r r o w s r e p r e s e n t i n g t h e w a v e l e n g t h s o f l i g h t t h a t a r e t r a n s m i t t e d , r e fl e c t e d , a b s o r b e d o r e m i t t e d b y e a c h o b j e c t . S e e d r a w i n g a b o v e . b ) H o w w o u l d t h e d i a g r a m b e d i f f e r e n t i f i t w a s n i g h t t i m e ? N o w a v e l e n g t h s w o u l d e n t e r t h e r o o m , t h u s n o n e t r a n s m i t t e d a n d n o n e a b s o r b e d . 1 3 4 c ) I f y o u w a n t e d t o e x p e r i m e n t w i t h m a k i n g t h e r o o m h o t t e r o r c o o l e r , w h a t s o r t s o f p a r a m e t e r s c o u l d y o u v a r y a n d t e s t ? W h a t d o y o u e x p e c t t o h a p p e n t o e a c h a n d w h y ? i ) C h a n g i n g t h e c o l o r o f t h e c o u c h . I w o u l d e x p e c t t h e r o o m t o b e c o o l e r i f t h e c o u c h w a s w h i t e i n s t e a d o f b l a c k b e c a u s e f e w e r w a v e l e n g t h s w o u l d b e a b s o r b e d a n d l a t e r e m i t t e d a s h e a t . i i ) U s i n g g l a s s t h a t d o e s n o t b l o c k i n f r a r e d r a y s . I w o u l d e x p e c t t h e r o o m t o b e c o o l e r a s t h e I R e m i t t e d b y t h e c o u c h w o u l d e s c a p e r a t h e r t h a n b u i l d u p . 2 . I s i t p o s s i b l e t o u s e e n e r g y f r o m t h e s u n ( s o l a r e n e r g y , a p o p u l a r a l t e r n a t i v e e n e r g y ) t o a i r c o n d i t i o n y o u r h o m e ? E x p l a i n ? Y e s . Y o u c o u l d u s e a g e o t h e r m a l h e a t p u m p , o r a S t i r l i n g e n g i n e c o u l d g e n e r a t e e l e c t r i c i t y w h i c h c o u l d p o w e r a n a i r c o n d i t i o n e r . 3 . W h a t d e t e r m i n e s t h e a m o u n t o f w o r k y o u c a n g e t o u t o f a h e a t e n g i n e ? T h e d i f f e r e n c e i n t e m p e r a t u r e b e t w e e n t h e h o t a n d c o l d r e s e r v o i r s . 4 . W h a t t e r m m e a n s “ a s u b s t a n c e ’ s a b i l i t y t o s t o r e h e a t ” ? W h a t f o r m u l a i s u s e d t o c a l c u l a t e i t s v a l u e ? S p e c i f i c H e a t ( C ) C = Q / m A T 1 3 5 5 . T h e r e i s a s o l a r c o l l e c t o r o n y o u r r o o f h e a t i n g w a t e r f o r y o u r s w i m m i n g p o o l . a . C i r c l e t h r e e a r e a s w h e r e t h e r e i s t e m p e r a t u r e c h a n g e d u e t o h e a t t r a n s f e r . b . I d e n t i f y t h e t w o s u b s t a n c e s t h a t a r e c o m i n g i n t o c o n t a c t i n e a c h a r e a t h a t y o u c i r c l e d . J u s t w r i t e t h e w o r d s b e s i d e t h e c i r c l e . c . W h a t e q u a t i o n w o u l d y o u u s e t o d e t e r m i n e t h e fi n a l t e m p e r a t u r e w h e n s u b s t a n c e s o f t w o d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s c o m e i n t o c o n t a c t ? m C A T = - ( m C A T ) A H o t P i p e s S o l a r C o l l e c t o r ‘ B C o o l W a t e r ‘ I I I I L I I I j § \ A A i r J \ \ B P i p e ‘ - ' A P o o l ' . - > A W a t e r A W a r m W a t e r . . B W a l l o f P o o l 1 B C o l d W a t e r F i g u r e 1 2 S o l a r H e a t e d P o o l A n s w e r K e y ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) 6 . D e s c r i b e a s c e n a r i o w i t h f a m i l i a r o b j e c t s t h a t i l l u s t r a t e s t h e r m a l e q u i l i b r i u m . C o m m e n t o n h e a t fl o w a n d t e m p e r a t u r e . A s i c k c h i l d h a s a t h e r m o m e t e r u n d e r h i s t o n g u e . H e a t fl o w s f r o m t h e h o t t o n g u e t o t h e t h e r m o m e t e r u n t i l t h e i r t e m p e r a t u r e s a r e e q u a l . A t t h a t p o i n t t h e r e i s a n e q u a l a m o u n t o f h e a t fl o w i n g f r o m t h e t o n g u e t o t h e t h e r m o m e t e r a s f r o m t h e t h e r m o m e t e r t o t h e t o n g u e . 1 3 6 l K g C u 1 0 k g C u F i g u r e 1 3 T w o B l o c k s o f C o p p e r I f b o t h b l o c k s o f c o p p e r a r e e x p e r i e n c i n g t h e s a m e e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s , w h i c h w o u l d h a v e a c ) h i g h e r t e m p e r a t u r e ? N e i t h e r . W h y ? T e m p e r a t u r e i s t h e a v e r a g e k i n e t i c e n e r g y o f t h e p a r t i c l e s . T h e p a r t i c l e s i n ' b o t h w o u l d h a v e t h e s a m e a v e r a g e k i n e t i c e n e r g y . ( 1 ) g r e a t e r t h e r m a l e n e r g y ? T h e 1 0 - k g b l o c k W h y ? I t c o n t a i n s m o r e p a r t i c l e s a n d t h e r m a l e n e r g y i s t h e s u m o f t h e k i n e t i c e n e r g y i n a l l o f t h e p a r t i c l e s . 1 3 7 A P P E N D I X I I I B T H E R M O D Y N A M I C S P O S T T E S T N o t e t h a t t h e p o s t t e s t w a s e m b e d d e d i n t o t h e r e g u l a r u n i t t e s t . Q u e s t i o n s 1 - 1 5 w e r e p a r t o f t h e u n i t t e s t , b u t w e r e n o t p a r t o f t h e p o s t t e s t , a n d s o a r e n o t s h o w n b e l o w . 1 6 . W h a t p r o p e r t y m e a s u r e s a s u b s t a n c e ’ s a b i l i t y t o s t o r e h e a t ? W h a t f o r m u l a i s u s e d t o c a l c u l a t e i t s v a l u e ? 1 7 . 1 k g c o p p e r 1 0 k g c o p p e r i i : F i g u r e 1 4 C o p p e r B l o c k s o f D i f f e r e n t M a s s e s I f b o t h b l o c k s a r e e x p e r i e n c i n g t h e s a m e e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s , w h i c h w o u l d a ) h a v e a h i g h e r t e m p e r a t u r e ? b ) h a v e a g r e a t e r t h e r m a l e n e r g y ? 1 9 . I s i t p o s s i b l e t o u s e s o l a r e n e r g y t o a i r c o n d i t i o n y o u r h o m e ? E x p l a i n . 1 3 8 2 0 . D r a w t h e t y p e o f s o l a r h o t w a t e r s y s t e m t h a t i s s a f e s t t o u s e i n M i c h i g a n . a ) C i r c l e 3 a r e a s w h e r e t h e r e i s t e m p e r a t u r e c h a n g e d u e t o h e a t t r a n s f e r . b ) W h a t e q u a t i o n w o u l d y o u u s e d t o c a l c u l a t e fi n a l t e m p e r a t u r e w h e n s u b s t a n c e s o f t w o d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s c o m e i n t o c o n t a c t ? c ) I d e n t i f y s u b s t a n c e A a n d s u b s t a n c e B i n e a c h o f t h e 3 c i r c l e d a r e a s . 2 1 . D r a w a l a b e l e d ( s i d e V i e w ) d i a g r a m o f a s o l a r r o o m d u r i n g t h e d a y . A s s u m e t h e g l a z i n g i s n o r m a l w i n d o w g l a s s t h a t h a s a l s o b e e n t r e a t e d s o t h a t i t i s n o t t r a n s p a r e n t t o i n f r a r e d . Y o u r d r a w i n g s h o u l d i n c l u d e a r r o w s t h a t a r e l a b e l e d t o s h o w w h i c h w a v e l e n g t h s t h e y r e p r e s e n t . 1 3 9 a ) H o w w o u l d t h e d i a g r a m a b o v e b e d i f f e r e n t i f i t w a s n i g h t ? b ) W h a t w o u l d b e d i f f e r e n t i f t h e a b s o r b e r w a s y e l l o w ? 0 ) W h a t w o u l d b e d i f f e r e n t i f t h e g l a z i n g d i d n o t b l o c k i n f r a r e d ? 2 2 . T h i n k i n g o f t h e l i t t l e r o c k e t s w e b u i l t , s t a t e 3 q u e s t i o n s y o u m a y h a v e a b o u t t h e r o c k e t s ’ p e r f o r m a n c e t h a t c o u l d b e i n v e s t i g a t e d i n a n e m p i r i c a l m a n n e r . 2 3 . P i c k o n e o f t h e q u e s t i o n s i n 2 2 a b o v e a n d v e r y b r i e fl y d e s c r i b e h o w y o u w o u l d t e s t i t . B e s u r e t o i d e n t i f y t h e v a r i a b l e a n d d e s c r i b e y o u r c o n t r o l . 1 4 0 2 4 . D r a w a l a b e l e d d i a g r a m o f a S t i r l i n g e n g i n e . 3 ) T e l l h o w i t r e l a t e s t o t h e t o p i c o f a l t e r n a t i v e e n e r g y . b ) W h a t d e t e r m i n e s t h e a m o u n t o f w o r k y o u c a n g e t o u t o f a n y h e a t e n g i n e ? 1 4 1 1 . T E A C H E R ’ S K E Y F O R T H E T H E R M O D Y N A M I C S P O S T T E S T W h a t p r o p e r t y m e a s u r e s a s u b s t a n c e ’ s a b i l i t y t o s t o r e h e a t ? S p e c i f i c H e a t W h a t f o r m u l a i s u s e d t o c a l c u l a t e i t s v a l u e ? C = Q / m A T 6 1 k g c o p p e r 1 0 k g c o p p e r F i g u r e 1 5 C o p p e r B l o c k s I f b o t h b l o c k s a r e e x p e r i e n c i n g t h e s a m e e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s , w h i c h w o u l d a ) h a v e a h i g h e r t e m p e r a t u r e ? N e i t h e r . T h e a v e r a g e k i n e t i c e n e r g y o f t h e p a r t i c l e s i n b o t h i s e q u a l . b ) h a v e a g r e a t e r t h e r m a l e n e r g y ? T h e l a r g e r b l o c k . T h e r m a l e n e r g y i s t h e s u m o f t h e k i n e t i c e n e r g y o f t h e p a r t i c l e s i n t h e b l o c k . T h e r e a r e m o r e p a r t i c l e s i n t h e l a r g e r b o x s o t h e s u m i s l a r g e r . 3 . D e s c r i b e a s c e n a r i o i n a n a l t e r n a t i v e e n e r g y s y s t e m w h i c h i l l u s t r a t e s t h e r m a l e q u i l i b r i u m . C o m m e n t o n h e a t fl o w a n d t e m p e r a t u r e . A s i c k c h i l d h a s a t h e r m o m e t e r u n d e r h i s t o n g u e . H e a t f l o w s f r o m t h e h o t t o n g u e t o t h e t h e r m o m e t e r u n t i l t h e i r t e m p e r a t u r e s a r e e q u a l . A t t h a t p o i n t t h e r e i s a n e q u a l a m o u n t o f h e a t fl o w i n g f r o m t h e t o n g u e t o t h e t h e r m o m e t e r a s f r o m t h e t h e r m o m e t e r t o t h e t o n g u e . 1 4 2 4 . I s i t p o s s i b l e t o u s e s o l a r e n e r g y t o a i r c o n d i t i o n y o u r h o m e ? E x p l a i n . Y e s . Y o u c o u l d u s e a g e o t h e r m a l h e a t p u m p , o r a S t i r l i n g e n g i n e c o u l d g e n e r a t e e l e c t r i c i t y w h i c h c o u l d p o w e r a n a i r c o n d i t i o n e r . 5 . D r a w t h e t y p e o f s o l a r h o t w a t e r s y s t e m t h a t i s s a f e s t t o u s e i n M i c h i g a n . a . C i r c l e 3 a r e a s w h e r e t h e r e i s t e m p e r a t u r e c h a n g e d u e t o h e a t t r a n s f e r . N o t e t h a t I c i r c l e d f o u r . T h e s t u d e n t s o n l y n e e d t o c i r c l e t h r e e . b . W h a t e q u a t i o n w o u l d y o u u s e d t o c a l c u l a t e fi n a l t e m p e r a t u r e w h e n s u b s t a n c e s o f t w o d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s c o m e i n t o c o n t a c t ? m C A T = - ( m C A T ) c . I d e n t i f y s u b s t a n c e A a n d s u b s t a n c e B i n e a c h o f t h e 3 c i r c l e d a r e a s . A H o t P i p e s B C o o l W a t e r g ; S o l a r C o l l e c t o r A W a r m W a t e r ' ‘ A W a t e r B C o l d W a t e r ' ’ B W a l l o f P o o l F i g u r e 1 6 S o l a r H e a t i n g S y s t e m f o r a P o o l ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) 1 4 3 6 . D r a w a l a b e l e d ( s i d e V i e w ) d i a g r a m o f a s o l a r r o o m d u r i n g t h e d a y . A s s u m e t h e g l a z i n g i s n o r m a l w i n d o w g l a s s t h a t h a s a l s o b e e n t r e a t e d s o t h a t i t i s n o t t r a n s p a r e n t t o i n f r a r e d . Y o u r d r a w i n g s h o u l d i n c l u d e a r r o w s t h a t a r e l a b e l e d t o s h o w w h i c h w a v e l e n g t h s t h e y r e p r e s e n t . v i s i h i ‘ x g ’ 1 ‘ I l ‘ W ‘ Q fl o d ‘ 5 . “ fl a n “ . M 6 ' 1 ? i n . . . W n a \ \ ; M é ‘ : g , u V W ‘ t m ‘ m H k J C o h . ‘ E r ” w i t h , I “ H ‘ k w i w fl v l n v W i n d o w g l a s s t h a t 1 b l o c k s i n f r a r e d 1 F i g u r e 1 7 S o l a r R o o m A n s w e r K e y ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) a ) H o w w o u l d t h e d i a g r a m a b o v e b e d i f f e r e n t i f i t w a s n i g h t ? N o w a v e l e n g t h s w o u l d e n t e r t h e r o o m , t h u s n o n e t r a n s m i t t e d a n d n o n e a b s o r b e d . b ) W h a t w o u l d b e d i f f e r e n t i f t h e a b s o r b e r w a s y e l l o w ? F e w e r o f t h e v i s i b l e w a v e l e n g t h s w o u l d b e a b s o r b e d b y t h e c o u c h a n d r e - e m i t t e d a s i n f r a r e d ( h e a t ) s o t h e r o o m w o u l d b e c o o l e r . c ) W h a t w o u l d b e d i f f e r e n t i f t h e g l a z i n g d i d n o t b l o c k i n f r a r e d ? I w o u l d e x p e c t t h e r o o m t o b e c o o l e r a s t h e I R e m i t t e d b y t h e c o u c h w o u l d e s c a p e r a t h e r t h a n b u i l d u p . 1 4 4 7 . T h i n k i n g o f t h e l i t t l e r o c k e t s w e b u i l t , s t a t e 3 q u e s t i o n s y o u m a y h a v e a b o u t t h e r o c k e t s ’ p e r f o r m a n c e t h a t c o u l d b e i n v e s t i g a t e d i n a n e m p i r i c a l m a n n e r . A n y a n s w e r s t h a t m a k e s e n s e a r e o k . H e r e a r e s o m e p o s s i b i l i t i e s : I s t h e r e a r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e n u m b e r o f m a t c h h e a d s a n d d i s t a n c e ? W o u l d h e a v y d u t y f o i l a f f e c t t h e t e n d e n c y t o t e a r ? W o u l d h e a v y d u t y f o i l i n fl u e n c e t h e t i m e i t t a k e s t o i g n i t e t h e m a t c h ? D o e s d i a m e t e r o f t h e t a i l p i p e a f f e c t f l i g h t d i s t a n c e ? D o e s l e n g t h o f t h e t a i l p i p e a f f e c t fl i g h t d i s t a n c e ? 8 . P i c k o n e o f t h e q u e s t i o n s i n 2 2 a b o v e a n d v e r y b r i e fl y d e s c r i b e h o w y o u w o u l d t e s t i t . B e s u r e t o i d e n t i f y t h e v a r i a b l e a n d d e s c r i b e y o u r c o n t r o l . T h e p o s s i b i l i t i e s a r e u n l i m i t e d , b u t h e s u r e t h e s t u d e n t h a s o n l y o n e v a r i a b l e a n d a c o n t r o l , a n d t h a t t h e p r o c e d u r e w i l l r e a l l y t e s t t h e h y p o t h e s i s a n d y i e l d e m p i r i c a l d a t a . E x a m p l e : T o t e s t w h e t h e r t h e r e i s a r e l a t i o n s h i p b e t w e e n d i a m e t e r o f t h e t a i l p i p e a n d fl i g h t d i s t a n c e , t w o s i z e s o f p a p e r c l i p s a n d a h a n g e r c o u l d b e u s e d . M a k e 2 5 r o c k e t s u s i n g j u m b o p a p e r c l i p s , 2 5 u s i n g r e g u l a r p a p e r c l i p s , a n d 2 5 u s i n g a s e c t i o n o f a w i r e c l o t h e s h a n g e r . M e a s u r e t h e d i s t a n c e e a c h t r a v e l s a f t e r i g n i t i o n . M u l t i p l e r o c k e t s o f t h e s a m e t a i l p i p e d i a m e t e r s e r v e a s t h e c o n t r o l . C a l c u l a t i n g t h e v a r i a t i o n i n t h o s e w i l l s h o w t h e a m o u n t o f v a r i a n c e i n h e r e n t i n y o u r m e t h o d . C o m p a r i n g t h e a v e r a g e d i s t a n c e fl o w n b e t w e e n t h e t h r e e g r o u p s w i l l s h o w a r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e v a r i a b l e o f t a i l p i p e d i a m e t e r a n d d i s t a n c e fl o w n . O n l y t h e d i f f e r e n c e t h a t i s g r e a t e r t h a n t h e i n h e r e n t v a r i a n c e i s s i g n i f i c a n t . 9 . W h a t d e t e r m i n e s t h e a m o u n t o f w o r k y o u c a n g e t o u t o f a n y h e a t e n g i n e ? T h e d i f f e r e n c e i n t e m p e r a t u r e b e t w e e n t h e h o t a n d c o l d r e s e r v o i r s d e t e r m i n e s t h e a m o u n t o f w o r k t h a t y o u c a n g e t . 1 4 5 A P P E N D I X I I I C T H E R M O D Y N A M I C S A N D O P T I C S U N I T R A W D A T A F R O M P R E T E S T A N D P O S T T E S T A N A L Y Z E D B Y B E N C H M A R K N o t e t h a t 1 3 s t u d e n t s t o o k t h e P r e t e s t w h i l e o n l y 1 2 t o o k t h e P o s t T e s t . 1 . L o o k a t t h e d r a w i n g b e l o w t o a n s w e r t h e q u e s t i o n s t h a t f o l l o w . O . ‘ m ‘ : I . u F i g u r e 1 8 S o l a r R o o m ( t e c h e r r a g a ) D r a w a r r o w s r e p r e s e n t i n g t h e w a v e l e n g t h s o f l i g h t t h a t a r e t r a n s m i t t e d , r e fl e c t e d , a b s o r b e d o r e m i t t e d b y e a c h o b j e c t . P 4 . 1 A : A c c o u n t f o r a n d r e p r e s e n t e n e r g y i n t o a n d o u t o f s y s t e m s u s i n g e n e r g y t r a n s f e r d i a g r a m s . O n e p o i n t a d d e d f o r e a c h c o r r e c t d e t a i l . O n e p o i n t s u b t r a c t e d f o r e a c h i n c o r r e c t d e t a i l . T e n p o i n t s i s c o n s i d e r e d f u l l c r e d i t . 1 4 6 P r e t e s t S c o r e s : 2 , 3 , 3 , 5 , 7 , 2 , 2 , 2 , 1 , 0 , 2 , 2 , 1 A v e r a g e S c o r e : 2 . 4 6 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 2 . 5 , 4 . 5 , 2 , 7 , 8 , 2 . 5 , 5 , 1 0 , 9 , 4 , 2 , 6 A v e r a g e S c o r e : 4 . 8 / 1 0 P 4 . l B : E x p l a i n i n s t a n c e s o f e n e r g y t r a n s f e r b y w a v e s a n d o b j e c t s i n e v e r y d a y a c t i v i t i e s . O n e p o i n t a d d e d f o r e a c h c o r r e c t d e t a i l . O n e p o i n t s u b t r a c t e d f o r e a c h i n c o r r e c t d e t a i l . T e n p o i n t s i s c o n s i d e r e d f u l l c r e d i t . P r e t e s t S c o r e s : 7 , 2 . 5 , 3 , 8 , 2 , 2 , 1 , 2 , 2 , 1 , 0 , 2 A v e r a g e S c o r e : 2 . 6 5 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 2 . 5 , 4 . 5 , 2 , 7 , 8 , 2 . 5 , 5 , 1 0 , 9 , 4 , 2 , 6 A v e r a g e S c o r e : 4 . 8 / 1 0 P 4 . 2 A : A c c o u n t f o r a n d r e p r e s e n t e n e r g y t r a n s f e r a n d t r a n s f o r m a t i o n i n c o m p l e x p r o c e s s e s . O n e p o i n t a d d e d f o r e a c h c o r r e c t d e t a i l . O n e p o i n t s u b t r a c t e d f o r e a c h i n c o r r e c t d e t a i l . T e n p o i n t s i s c o n s i d e r e d f u l l c r e d i t . P r e t e s t S c o r e s : 2 , 2 , 2 , 1 , 1 , 2 , 7 , 8 , 1 . 5 , 3 , 2 , 2 , 0 A v e r a g e S c o r e : 2 . 5 8 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 2 . 5 , 4 . 5 , 2 , 7 , 8 , 2 . 5 , 5 , 1 0 , 9 , 4 , 2 , 6 A v e r a g e S c o r e : 4 . 8 / 1 0 P 4 . 2 F : I d e n t i f y a n d l a b e l t h e e n e r g y i n p u t s , t r a n s f o r m a t i o n s a n d o u t p u t s u s i n g q u a l i t a t i v e o r q u a n t i t a t i v e r e p r e s e n t a t i o n s i n s i m p l e t e c h n o l o g i c a l s y s t e m s t o s h o w e n e r g y c o n s e r v a t i o n . S a m e s c o r i n g r u b r i c a s a b o v e e x c e p t z e r o p o i n t s a r e a w a r d e d i f t h e a r r o w s a r e n o t l a b e l e d . P r e t e s t S c o r e s : 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 8 , 0 , 7 A v e r a g e S c o r e : 1 . 1 5 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 6 , 2 , 3 , 7 , 1 0 , 5 , 3 , 8 , 7 , 3 , 3 , 3 . 5 A v e r a g e S c o r e : 4 . 6 5 / 1 0 P 4 . 3 A : I d e n t i f y t h e f o r m o f e n e r g y i n g i v e n s i t u a t i o n s . S a m e s c o r i n g r u b r i c a s P 4 . 2 F a b o v e . P r e t e s t S c o r e s : 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 6 , 8 , 0 , 0 , A v e r a g e S c o r e : 1 . 0 8 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 6 , 2 , 3 , 7 , 1 0 , 5 , 3 , 8 , 7 , 3 , 3 , 3 . 5 A v e r a g e S c o r e : 4 . 6 5 / 1 0 P 4 . 5 A : I d e n t i f y e v e r y d a y e x a m p l e s o f e n e r g y t r a n s f e r b y w a v e s a n d t h e i r s o u r c e s . S a m e s c o r i n g r u b r i c a s P 4 . 2 A a b o v e . P r e t e s t S c o r e s : 2 , 2 , 7 , 1 , 1 , 2 , 8 , 1 , l , 0 , 2 , 2 , 2 A v e r a g e S c o r e : 2 . 3 8 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 2 . 5 , 4 . 5 , 2 , 7 , 8 , 2 . 5 , 5 , 1 0 , 9 , 4 , 2 , 6 A v e r a g e S c o r e : 4 . 6 5 / 1 0 1 4 7 b ) P 4 . 6 h : E x p l a i n t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e f r e q u e n c y o f a n e l e c t r o m a g n e t i c w a v e a n d i t s t e c h n o l o g i c a l u s e s . S a m e s c o r i n g a s P 4 . 2 F a b o v e . P r e t e s t S c o r e s : 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 8 , 7 A v e r a g e S c o r e : 1 . 1 5 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 6 , 2 , 3 , 7 , 1 0 , 5 , 3 , 8 , 7 , 3 , 3 , 3 . 5 A v e r a g e S c o r e : 4 . 6 5 / 1 0 P 4 . 8 A : D r a w r a y d i a g r a m s t o i n d i c a t e h o w l i g h t r e fl e c t s o f f o b j e c t s o r r e f r a c t s i n t o t r a n s p a r e n t m e d i a . F i v e p o i n t s f o r r e fl e c t i n g a t c o r r e c t a n g l e , 2 . 5 f o r r e fl e c t i n g a t i n c o r r e c t a n g l e , 5 f o r r e f r a c t i n g a t a n y a n g l e . P r e t e s t S c o r e s : 0 , 2 . 5 , 2 . 5 , 2 . 5 , 5 , 5 , 5 , 2 . 5 , 2 . 5 , 2 . 5 , 2 . 5 , 2 . 5 , 3 A v e r a g e S c o r e : 2 . 9 6 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 0 , 1 0 , 2 . 5 , ? , 7 . 5 , 2 . 5 , 5 , ? , 5 , 2 . 5 , 0 , 5 ( T w o r e s p o n s e s w e r e i l l e g i b l e . ) A v e r a g e S c o r e : 5 . 0 / 1 0 P 4 . 8 B : P r e d i c t t h e p a t h o f r e fl e c t e d l i g h t f r o m fl a t , c u r v e d o r r o u g h s u r f a c e s . 1 0 p o i n t s f o r c o r r e c t a n g l e o f r e fl e c t i o n o f f fl a t s u r f a c e . P o i n t s a r e s u b t r a c t e d i f a r e s o m e a t i n c o r r e c t a n g l e s . P r e t e s t S c o r e s : 0 , 0 , 0 , 1 0 , 1 0 , 0 , 4 , 5 , 0 , 1 0 , 0 , 0 , 0 A v e r a g e S c o r e : 3 . 0 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 0 , 5 , 0 , ? , 0 , 0 , 5 , ? , 5 , 0 , 0 , 5 A v e r a g e S c o r e : 2 . 0 / 1 0 H o w w o u l d t h e d i a g r a m b e d i f f e r e n t i f i t w a s n i g h t t i m e ? P 4 . 2 A : A c c o u n t f o r a n d r e p r e s e n t e n e r g y t r a n s f e r a n d t r a n s f o r m a t i o n i n c o m p l e x p r o c e s s e s . 1 0 p o i n t s i f s t u d e n t m e n t i o n e d I R w a s e m i t t e d b y t h e c o u c h . 5 p o i n t s f o r w a v e s b e i n g a b s o r b e d b u t n o t t r a n s f o r m e d a n d r e - e m i t t e d . O n e p o i n t i f t h e y c o m m u n i c a t e t r a n s f e r o r t r a n s f o r m a t i o n s t h a t a r e i n c o r r e c t . P r e t e s t S c o r e s : 5 , 1 , 1 , 0 , l , 1 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 5 , 5 A v e r a g e S c o r e : 5 . 3 1 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 5 , 2 , 7 . 5 , 1 0 , ? , 1 0 , ? , 1 , ? , 2 , 1 0 , ? A v e r a g e S c o r e : 5 . 9 4 / 1 0 P 4 . 2 f : I d e n t i f y a n d l a b e l t h e e n e r g y i n p u t s , t r a n s f o r m a t i o n s a n d o u t p u t s u s i n g q u a l i t a t i v e o r q u a n t i t a t i v e r e p r e s e n t a t i o n s i n s i m p l e t e c h n o l o g i c a l s y s t e m s t o s h o w e n e r g y c o n s e r v a t i o n . F i v e p o i n t s i f s h o w I R s t i l l b e i n g g i v e n o f f . 2 . 5 p o i n t s f o r s h o w i n g I R r e fl e c t i n g b a c k i n a s i t h i t s g l a z i n g . 2 . 5 p o i n t s i f s h o w n o w a v e s e n t e r i n g . 1 4 8 P r e t e s t S c o r e s : 5 , 2 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 2 , 1 0 , 0 , 1 0 , 5 , 5 A v e r a g e S c o r e : 6 . 8 5 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : ? , l 0 , 1 0 , ? , O , 1 0 , 1 0 , 0 , 1 0 , 0 , 0 , 0 A v e r a g e S c o r e : 4 . 0 0 / 1 0 c ) I f y o u w a n t e d t o e x p e r i m e n t w i t h m a k i n g t h e r o o m h o t t e r o r c o o l e r , W h a t s o r t s o f p a r a m e t e r s c o u l d y o u v a r y a n d t e s t ? W h a t d o y o u e x p e c t t o h a p p e n t o e a c h a n d w h y ? T h e P o s t T e s t q u e s t i o n w a s d i f f e r e n t : T h i n k i n g o f t h e l i t t l e r o c k e t s w e b u i l t , s t a t e t h r e e q u e s t i o n s y o u m a y h a v e a b o u t t h e r o c k e t s ’ p e r f o r m a n c e t h a t c o u l d b e i n v e s t i g a t e d i n a n e m p i r i c a l m a n n e r . P i c k o n e o f t h e q u e s t i o n s a n d b r i e fl y d e s c r i b e h o w y o u w o u l d t e s t i t . B e s u r e t o i d e n t i f y t h e v a r i a b l e a n d t h e c o n t r o l . P 1 . 1 F : P r e d i c t w h a t w o u l d h a p p e n i f t h e v a r i a b l e s , m e t h o d s o r t i m i n g o f t h e i n v e s t i g a t i o n w e r e c h a n g e d . F i v e p o i n t s f o r e a c h p r e d i c t i o n w h e t h e r p l a u s i b l e o r n o t . T e n p o i n t s m a x i m u m . P r e t e s t S c o r e s : 0 , 1 0 , 0 , 5 , 5 , 0 , 1 0 , 5 , 5 , 1 0 , 5 , 1 0 , 1 0 A v e r a g e S c o r e : 5 . 7 7 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 1 0 , ? , 1 0 , ? , ? , ? , ? , 1 0 , ? , ? , 6 . 6 , ? A v e r a g e S c o r e : 9 . 1 5 / 1 0 P 1 . 2 j : A p p l y s c i e n c e p r i n c i p l e s o r s c i e n t i f i c d a t a t o a n t i c i p a t e e f f e c t s o f t e c h n o l o g i c a l d e s i g n d e c i s i o n s . F i v e p o i n t s f o r e a c h p r e d i c t i o n t h a t i s b a s e d o n s o u n d s c i e n c e p r i n c i p l e s f r o m t h i s u n i t . S u b t r a c t fi v e p o i n t s f o r e a c h u n s o u n d p r e d i c t i o n s . M a x i m u m s c o r e i s 1 0 p o i n t s . P r e t e s t S c o r e s : 0 , l 0 , 0 , 5 , 0 , 0 , 7 . 5 , 5 , 5 , 5 , 5 , 5 , 0 A v e r a g e S c o r e : 3 . 6 5 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : l 0 , ? , l 0 , ? , ? , 6 . 6 , 1 0 , 3 . 3 , ? , 1 0 , 1 0 , ? A v e r a g e S c o r e : 8 . 5 6 / 1 0 P 1 . 1 A : G e n e r a t e n e w q u e s t i o n s t h a t c a n b e i n v e s t i g a t e d i n t h e l a b o r a t o r y o r f i e l d . A w a r d 3 . 3 p o i n t s f o r e a c h v a r i a b l e t h a t w o u l d h a v e a n e f f e c t a n d c o u l d b e t e s t e d . M a x i m u m 1 0 . P r e t e s t S c o r e s : 3 . 3 , l 0 , 3 . 3 , 0 , 0 , 0 , 3 . 3 , 0 . 6 . 6 , 6 . 6 , 6 . 6 , 6 . 6 , 3 . 3 A v e r a g e S c o r e : 3 . 8 2 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : ? , l 0 , 3 . 3 , 1 0 , 3 . 3 , l 0 , 1 0 , 1 0 , 3 . 3 , 6 . 6 , 6 . 6 , 6 . 6 A v e r a g e S c o r e : 7 . 2 5 / 1 0 1 4 9 2 . I s i t p o s s i b l e t o u s e e n e r g y f r o m t h e s u n ( s o l a r e n e r g y , a p o p u l a r a l t e r n a t i v e e n e r g y ) t o a i r c o n d i t i o n y o u r h o m e ? E x p l a i n ? P 4 . 2 A : A c c o u n t f o r a n d r e p r e s e n t e n e r g y t r a n s f e r a n d t r a n s f o r m a t i o n s i n c o m p l e x p r o c e s s e s . T e n p o i n t s i f e x p l a n a t i o n i s c o m p l e t e l y c o r r e c t . T w o p o i n t s i f t h e y j u s t s a y y e s . T w o m o r e p o i n t s i f t h e y s a y s o l a r e n e r g y c o u l d p o w e r a n a i r c o n d i t i o n e r . P r e t e s t S c o r e s : 2 , 2 , 1 0 , 0 , 0 , 2 , 2 , 2 , 5 , 2 , 2 , 2 , 2 A v e r a g e S c o r e : 2 . 5 4 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : ? , 2 , 1 , ? , 5 , 2 , 5 , ? , ? , 0 , ? , 1 0 A v e r a g e S c o r e : 3 . 5 7 / 1 0 P 4 . 2 B : N a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m s p e c i f i c t y p e s o f e n e r g y i n t o o t h e r t y p e s . F i v e p o i n t s f o r d e v i c e s n a m e d w i t h c o r r e c t t y p e o f e n e r g y t r a n s f o r m a t i o n s . O n e p o i n t s f o r d e v i c e s n a m e d w i t h i n c o r r e c t t y p e o f e n e r g y t r a n s f o r m a t i o n s . P r e t e s t S c o r e s : 1 , 0 , 1 0 , 0 , 5 , 5 , 0 , 5 , 5 , 5 , 0 , 5 , 0 A v e r a g e S c o r e : 3 . 1 5 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : ? , 5 , 0 , 5 , 5 , 0 , 5 , ? , ? , 0 , ? , 5 A v e r a g e S c o r e : 3 . 1 3 / 1 0 3 . W h a t d e t e r m i n e s t h e a m o u n t o f w o r k y o u c a n g e t o u t o f a h e a t e n g i n e ? P 4 . 2 C : E x p l a i n h o w e n e r g y i s c o n s e r v e d i n c o m m o n s y s t e m s . T e n p o i n t s f o r a c o m p l e t e l y c o r r e c t a n s w e r . P a r t i a l c r e d i t f o r a p a r t i a l l y c o r r e c t a n s w e r . P r e t e s t S c o r e s : 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 1 , 0 , 0 , 0 , 5 , 5 , 0 A v e r a g e S c o r e : 0 . 8 5 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 1 0 , 1 0 , 1 , 1 0 , 1 0 , l 0 , 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 0 A v e r a g e S c o r e : 7 . 5 8 / 1 0 P 4 . 2 B : E x p l a i n w h y a l l t h e s t o r e d e n e r g y i n g a s o l i n e d o e n o t t r a n s f o r m t o t h e m e c h a n i c a l e n e r g y o f a v e h i c l e . S a m e s c o r i n g a s a b o v e . P r e t e s t S c o r e s : 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 1 , 0 , 0 , 0 , 5 , 5 , 0 A v e r a g e S c o r e : 0 . 8 5 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 1 0 , 1 0 , 1 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 0 A v e r a g e S c o r e : 7 . 5 8 / 1 0 4 . W h a t t e r m m e a n s “ a s u b s t a n c e s a b i l i t y t o s t o r e h e a t ” ? W h a t f o r m u l a i s u s e d t o c a l c u l a t e i t s v a l u e ? 1 5 0 P 4 . 1 1 b : C a l c u l a t e t h e f i n a l t e m p e r a t u r e o f t w o l i q u i d s . T w o p o i n t s f o r t h e c o r r e c t t e r m . E i g h t p o i n t s f o r t h e c o r r e c t e q u a t i o n . P r e t e s t S c o r e s : 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 A v e r a g e S c o r e : 0 . 0 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 8 , 1 0 , 1 0 , l 0 , 0 , 1 0 , 1 0 , 8 , 8 , 8 , 0 , 2 A v e r a g e S c o r e : 7 . 0 / 1 0 5 . T h e r e i s a s o l a r c o l l e c t o r o n y o u r r o o f h e a t i n g w a t e r f o r y o u r s w i m m i n g p o o l . a . C i r c l e t h r e e a r e a s w h e r e t h e r e i s t e m p e r a t u r e c h a n g e d u e t o h e a t t r a n s f e r . b . I d e n t i f y t h e t w o s u b s t a n c e s t h a t a r e c o m i n g i n t o c o n t a c t i n e a c h a r e a t h a t y o u c i r c l e d . J u s t w r i t e t h e w o r d s b e s i d e t h e c i r c l e . B e n c h m a r k s f o r a a n d b : P 4 . 1 A , P 4 . 1 B , P 4 . 2 A : d e s c r i p t i o n s o f a l l w e r e l i s t e d p r e v i o u s l y . P a r t s a a n d b w e r e s c o r e d t o g e t h e r a s o n e . O n e p o i n t f o r a c i r c l e w i t h n o l a b e l s , b u t p o s s i b l y c o r r e c t p l a c e m e n t . T w o p o i n t s f o r a c i r c l e w i t h c o r r e c t p l a c e m e n t a n d o n e s u b s t a n c e l a b e l e d . 3 . 3 p o i n t s f o r a c i r c l e o f p r o p e r p l a c e m e n t w i t h b o t h s u b s t a n c e s p r o p e r l y l a b e l e d . P r e t e s t S c o r e s : l , 6 , 3 , 0 , 3 , 0 , 4 , 0 , 3 , 0 , 5 , 5 , 3 A v e r a g e S c o r e : 2 . 5 4 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 4 , 3 , 3 , 5 . 3 3 , 3 , 7 . 3 3 , 3 , 3 , 3 , l , 6 . 3 3 , 3 A v e r a g e S c o r e : 3 . 7 5 / 1 0 c . W h a t e q u a t i o n w o u l d y o u u s e t o d e t e r m i n e t h e fi n a l t e m p e r a t u r e w h e n s u b s t a n c e s o f t w o d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s c o m e i n t o c o n t a c t ? B e n c h m a r k P 4 . 1 1 b : t h e d e s c r i p t i o n w a s l i s t e d p r e v i o u s l y . T e n p o i n t s f o r t h e c o r r e c t a n s w e r . Z e r o p o i n t s f o r a n i n c o r r e c t a n s w e r . P r e t e s t S c o r e s : 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 A v e r a g e S c o r e : 0 . 0 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 1 0 , 1 0 , l 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 1 0 , 0 A v e r a g e S c o r e : 9 . 1 7 / 1 0 1 5 1 F i g u r e 1 9 S o l a r P o o l ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) 6 . D e s c r i b e a s c e n a r i o w i t h f a m i l i a r o b j e c t s t h a t i l l u s t r a t e s t h e r m a l e q u i l i b r i u m . C o m m e n t o n h e a t fl o w a n d t e m p e r a t u r e . B e n c h m a r k s P 4 . 1 B , P 4 . 2 A , P 4 . 2 C : d e s c r i p t i o n s w e r e l i s t e d p r e v i o u s l y . C o r r e c t s c e n a r i o i s w o r t h 3 . 3 3 p o i n t s . C o r r e c t h e a t fl o w i s w o r t h 3 . 3 3 p o i n t s . C o r r e c t c o m m e n t s o n t e m p e r a t u r e a r e w o r t h 3 . 3 3 p o i n t s . P r e t e s t S c o r e s : 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 3 . 3 3 , 0 , 0 , 3 . 3 3 , 3 . 3 3 A v e r a g e S c o r e : 0 . 7 7 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 3 . 3 3 , 3 . 3 3 , 3 . 3 3 , 6 . 6 6 , 0 , 0 , 0 , 3 . 3 3 , 6 . 6 6 , 3 . 3 3 , 3 . 3 3 , 3 . 3 3 A v e r a g e S c o r e : 3 . 0 5 / 1 0 1 5 2 l K g C u 1 0 k g C u F i g u r e 2 0 C o p p e r B l o c k s w i t h D i f f e r e n t M a s s e s I f b o t h b l o c k s o f c o p p e r a r e e x p e r i e n c i n g t h e s a m e e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s , w h i c h w o u l d h a v e a e ) h i g h e r t e m p e r a t u r e ? W h y ? f ) g r e a t e r t h e r m a l e n e r g y ? W h y ? T h e r e a r e n o c u r r e n t b e n c h m a r k s i n t h e s t a t e o f M i c h i g a n t h a t d i r e c t l y a d d r e s s t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e r m a l e n e r g y a n d t e m p e r a t u r e , b u t i t i s b a c k g r o u n d f o r u n d e r s t a n d i n g P 4 . 1 1 b w h o s e d e s c r i p t i o n w a s l i s t e d e a r l i e r . F i v e p o i n t s f o r c h o o s i n g t h e c o r r e c t b l o c k i n p a r t a . F i v e p o i n t s f o r c h o o s i n g t h e c o r r e c t b l o c k i n p a r t b . P r e t e s t S c o r e s : 5 , 5 , 5 , 5 , 0 , 5 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 A v e r a g e S c o r e : 1 . 9 2 / 1 0 P o s t T e s t S c o r e s : 1 0 , 1 0 , 5 , 5 , 1 0 , 5 , 5 , 5 , 1 0 , 5 , 1 0 , 0 A v e r a g e S c o r e : 6 . 6 7 / 1 0 1 5 3 A P P E N D I X 1 1 1 D I T E M A N A L Y S I S O F P R E T E S T A N D P O S T T E S T Q U E S T I O N S F O R T H E T H E R M O D Y N A M I C S U N I T B e c a u s e m o s t o f t h e q u e s t i o n s w e r e o p e n - e n d e d a n d r e q u i r e d a s t u d e n t g e n e r a t e d w r i t t e n r e s p o n s e , t h e s c o r i n g w a s q u i t e s u b j e c t i v e . I s c o r e d b o t h t h e p r e t e s t a n d t h e p o s t t e s t t w i c e . T h e s e c o n d s c o r i n g o c c u r r e d a b o u t e i g h t w e e k s a f t e r t h e fi r s t . T h e s e c o n d t i m e I w r o t e o u t a s i m p l e r u b r i c b e s i d e e a c h q u e s t i o n a n d f o l l o w e d i t c l o s e l y . A s t h e fi r s t s c o r i n g w a s d o n e w i t h o u t a r u b r i c , o n l y t h e d a t a f r o m t h e s e c o n d s c o r i n g i s u s e d i n t h e a n a l y s i s b e l o w . Q u e s t i o n 1 a c o v e r e d s o m a n y b e n c h m a r k s t h a t o n t h e s e c o n d s c o r i n g I b r o k e i t u p i n t o f o u r s e p a r a t e s c o r e s , l u m p i n g s i m i l a r b e n c h m a r k s t o g e t h e r . D P r e t e s t l P o s t T e s t F i g u r e 2 1 Q u e s t i o n 1 a S c o r e s a s P e r c e n t a g e s L e t t e r B e n c h m a r k C a t e g o r y P r o b a b i l i t y o f O u t c o m e A E n e r g y T r a n s f e r a n d 0 . 0 1 0 , 0 . 0 3 6 , 0 . 0 1 9 T r a n s f o r m a t i o n B I d e n t i f y o r L a b e l E n e r g y T r a n s f e r / T r a n s f o r m a t i o n s 0 . 0 0 2 , 0 . 0 1 1 , 0 . 0 4 9 , 0 . 0 0 2 C R a y D i a g r a m s 0 . 3 0 9 ( i n s i g n i fi c a n t g a i n ) D P a t h o f R e fl e c t e d L i g h t 0 . 8 2 4 ( i n s i g n i fi c a n t g a i n ) T a b l e 7 L e g e n d a n d T - t e s t P V a l u e s f o r Q u e s t i o n 1 a 1 5 4 Q u e s t i o n 1 b c o v e r e d t h r e e c a t e g o r i e s o f b e n c h m a r k s a s l i s t e d b e l o w . E l P r e t e s t I P o s t T e s t F i g u r e 2 2 Q u e s t i o n l b S c o r e s a s P e r c e n t a g e s L e t t e r B e n c h m a r k C a t e g o r y P r o b a b i l i t y o f O u t c o m e A E n e r g y T r a n s f e r 0 . 6 5 3 ( i n s i g n i fi c a n t g a i n ) B F o r m o f E n e r g y 0 . 6 5 3 ( i n s i g n i fi c a n t l o s s ) C I n p u t s , T r a n s f o r m a t i o n s , O u t p u t s , C o n s e r v a t i o n 0 . 2 9 0 ( i n s i g n i fi c a n t l o s s ) T a b l e 8 L e g e n d a n d T - t e s t P V a l u e s f o r Q u e s t i o n 1 b Q u e s t i o n 1 c o n t h e p r e t e s t w a s n o t e x a c t l y t h e s a m e a s t h e c o r r e s p o n d i n g q u e s t i o n o n t h e p o s t t e s t . O n t h e p o s t t e s t I d i d n o t s p e c i fi c a l l y a s k f o r a p r e d i c t i o n , b u t i n c l u d e d p o i n t s f o r p r e d i c t i o n s o n t h e r u b r i c a s i t w a s o n t h e r u b r i c f o r t h e p r i o r k n o w l e d g e q u e s t i o n . T h e r e m a y b e s t u d e n t s w h o w o u l d h a v e g i v e n a p r e d i c t i o n i f a s k e d o u t r i g h t . C l P r e t e s t I P o s t T e s t F i g u r e 2 3 Q u e s t i o n 1 c S c o r e s a s P e r c e n t a g e s 1 5 5 L e t t e r B e n c h m a r k C a t e g o r y P r o b a b i l i t y o f O u t c o m e A G e n e r a t i n g Q u e s t i o n s 0 . 0 4 3 B P r e d i c t i o n s W h e n P a r a m e t e r i s V a r i e d 0 . 0 4 8 C A p p l y S c i e n c e t o H e l p i n D e s i g n 0 . 0 1 4 T a b l e 9 L e g e n d a n d T - t e s t P V a l u e s f o r Q u e s t i o n l c O n t h e p r e t e s t , t h e v a r i a b l e s a n d p r e d i c t i o n s g i v e n w e r e c o m p a r a b l e t o e l e m e n t a r y s c h o o l k n o w l e d g e . M u l t i p l e s t u d e n t s m a d e u s e o f t h e c o n c e p t t h a t b l a c k a b s o r b s h e a t a n d w h i t e r e fl e c t s i t . O n t h e p o s t t e s t t h e v a r i a b l e s a n d p r e d i c t i o n s w e r e m o r e s o p h i s t i c a t e d a n d m a n y r e l a t e d t o t h e i r n e w k n o w l e d g e o f h e a t e n g i n e s . Q u e s t i o n 2 d i d n o t s p e c i fi c a l l y a s k s t u d e n t s t o n a m e d e v i c e s , b u t I c o n s i d e r e d t h e n a m i n g o f t h e m a s a n i m p o r t a n t p a r t o f a m a s t e r y l e v e l r e s p o n s e f o r t h i s q u e s t i o n . 1 E l P r e t e s t I P o s t T e s t F i g u r e 2 4 Q u e s t i o n 2 S c o r e s a s P e r c e n t a g e s L e t t e r B e n c h m a r k C a t e g o r y P r o b a b i l i t y o f O u t c o m e A E n e r g y T r a n s f e r a n d T r a n s f o r m a t i o n 0 . 7 4 1 ( i n s i g n i fi c a n t g a i n ) B N a m e D e v i c e s T h a t T r a n s f o r m E n e r g y 0 . 7 6 3 ( i n s i g n i fi c a n t l o s s ) T a b l e 1 0 L e g e n d a n d T - T e s t P V a l u e s f o r Q u e s t i o n 2 A l t h o u g h t h e s c o r e s d i d n o t r i s e d r a m a t i c a l l y , t h e e x p l a n a t i o n s c h a n g e d . I n t h e p r e t e s t , a l l o f t h e a n s w e r s t h a t w e r e c o r r e c t r e f e r r e d t o s o l a r e n e r g y b e i n g c o n v e r t e d t o e l e c t r i c i t y ( o r i n h a l f o f t h e s e c a s e s “ s o l a r e n e r g y p o w e r s t h e a i r c o n d i t i o n e r ” ) T h e o n l y d e v i c e m e n t i o n e d w a s a s o l a r p a n e l . A n d n o n e o f t h e a n s w e r s d e m o n s t r a t e d k n o w l e d g e o f h o w t h e s o l a r e n e r g y w a s c o n v e r t e d t o e l e c t r i c i t y . 1 5 6 O n t h e p o s t t e s t I h a d e x p e c t e d e x p l a n a t i o n s t h a t i n c o r p o r a t e d g e o t h e r m a l h e a t p u m p s , ( u t i l i z i n g t h e s u n t o h e a t t h e h o t r e s e r v o i r ) a n d S t i r l i n g e n g i n e s ( a g a i n u s i n g t h e s u n ’ s h e a t f o r t h e h o t r e s e r v o i r ) . O u t o f 1 2 s t u d e n t s , t w o n a m e d g e o t h e r m a l h e a t p u m p s , t w o o t h e r s s a i d h e a t e n g i n e s . A n d o n e n a m e d t h e S t i r l i n g e n g i n e . I n t e r e s t i n g l y , t w o o f t h e s t u d e n t s g a v e a n s w e r s t h a t m a d e n o s e n s e w h i l e a l l o f t h e a n s w e r s i n t h e p r e t e s t m a d e s e n s e . P e r h a p s a l l o f t h e n e w i n f o r m a t i o n h a d b e e n i n g e s t e d , b u t n o t d i g e s t e d . T h a t i s , n o t p r o c e s s e d t o t h e p o i n t w h e r e i t w a s u n d e r s t o o d a n d i n t e g r a t e d i n t o e x i s t i n g k n o w l e d g e . D a t a f r o m Q u e s t i o n 3 s h o w e d a p h e n o m e n a l i m p r o v e m e n t f r o m p r e t e s t t o p o s t t e s t . E l P r e t e s t I P o s t T e s t F i g u r e 2 5 Q u e s t i o n 3 S c o r e s a s P e r c e n t a g e s L e t t e r B e n c h m a r k C a t e g o r y P r o b a b i l i t y o f O u t c o m e A E n e r g y C o n s e r v a t i o n 0 . 0 0 1 B W h y N o t A l l t h e E n e r g y i n G a s o l i n e i s C o n v e r t e d t o M e c h a n i c a l E n e r g y 0 . 0 0 1 T a b l e 1 1 L e g e n d a n d t - T e s t P V a l u e s f o r Q u e s t i o n 3 I t i s q u i t e p r o b a b l e t h a t t h e s t u d e n t s k n e w s o m e t h i n g a b o u t e n e r g y c o n s e r v a t i o n b e f o r e t h e u n i t , b u t h a d n o i d e a w h a t a h e a t e n g i n e w a s . T h e i n c r e a s e i n k n o w l e d g e i s s i g n i fi c a n t . A n d e v e n i f t h e l o w p r i o r k n o w l e d g e s c o r e w a s d u e t o i g n o r a n c e o f t h e h e a t 1 5 7 e n g i n e , l e a r n i n g a b o u t i t i s e s s e n t i a l f o r u n d e r s t a n d i n g t h e r m o d y n a m i c s . T h e f a c t t h a t t h e a m o u n t o f w o r k y o u c a n g e t o u t i s d e t e r m i n e d b y t h e d i f f e r e n c e i n t e m p e r a t u r e i s k n o w l e d g e n e e d e d t o w o r k t o w a r d m a s t e r y o f e n e r g y c o n s e r v a t i o n b e n c h m a r k s . I t i s a l s o e s s e n t i a l f o r u n d e r s t a n d i n g h o w v a r i o u s a l t e r n a t i v e e n e r g y s y s t e m s w o r k , s u c h a s t h e g e o t h e r m a l h e a t p u m p s o r t h e S t i r l i n g e n g i n e s w h i c h c a n u t i l i z e c o n c e n t r a t e d s o l a r e n e r g y f o r t h e i r h o t r e s e r v o i r . Q u e s t i o n 4 a d d r e s s e d o n l y o n e b e n c h m a r k a s s h o w n b e l o w . C l P r e t e s t I P o s t T e s t F i g u r e 2 6 Q u e s t i o n 4 S c o r e s a s P e r c e n t a g e L e t t e r B e n c h m a r k C a t e g o r y P r o b a b i l i t y o f O u t c o m e A C a l c u l a t i n g F i n a l T e m p e r a t u r e 0 . 0 0 0 o f T w o M i x e d L i q u i d s T a b l e 1 2 L e g e n d a n d T - T e s t P V a l u e f o r Q u e s t i o n 4 T h e n e w p h y s i c s b e n c h m a r k s a s s u m e t h a t s t u d e n t s a l r e a d y k n o w t h e b a s i c s o f s p e c i fi c h e a t c a p a c i t y f r o m t a k i n g c h e m i s t r y . I n l i g h t o f t h e d a t a a b o v e , I w i l l c o n t i n u e t o t e a c h s p e c i fi c h e a t i n m y p h y s i c s c l a s s e s e v e n t h o u g h i t i s n o l o n g e r a p a r t o f t h e p h y s i c s b e n c h m a r k s . T h e s t u d e n t s c a n n o t u n d e r s t a n d t h e c a l c u l a t i o n s o f t h e fi n a l t e m p e r a t u r e i f t h e y d o n ’ t u n d e r s t a n d s p e c i fi c h e a t . I n m y o p i n i o n , t h e r e i s n o p o i n t t o s t u d e n t s p e r f o r m i n g c a l c u l a t i o n s t h a t t h e y d o n ’ t u n d e r s t a n d . 1 5 8 Q u e s t i o n 5 w a s b r o k e n i n t o 2 c a t e g o r i e s o f b e n c h m a r k s f o r t h e p u r p o s e o f s c o r i n g . B e n c h m a r k A g o e s w i t h q u e s t i o n p a r t s 2 a a n d 2 b , W h i l e b e n c h m a r k B g o e s w i t h q u e s t i o n 2 c . E l P r e t e s t I P o s t T e s t A B F i g u r e 2 7 Q u e s t i o n 5 S c o r e s a s P e r c e n t a g e s L e t t e r B e n c h m a r k C a t e g o r y P r o b a b i l i t y o f O u t c o m e A E n e r g y T r a n s f e r 0 . 1 7 5 ( i n s i g n i fi c a n t g a i n ) B C a l c u l a t e F i n a l T e m p e r a t u r e o f 0 . 0 0 0 T w o M i x e d L i q u i d s T a b l e 1 3 L e g e n d a n d T - T e s t P V a l u e s f o r Q u e s t i o n 5 T h e c o m p a r i s o n o f p r e t e s t t o p o s t t e s t s c o r e s f o r t h i s q u e s t i o n i s b a s e d o n s l i g h t l y d i f f e r e n t q u e s t i o n s . O n t h e p r e t e s t , t h e y w e r e g i v e n a d i a g r a m o f t h e s y s t e m , a n d o n t h e p o s t t e s t t h e s t u d e n t s h a d t o d r a w a l a b e l e d d i a g r a m o f a c l o s e d - l o o p s o l a r h o t w a t e r s y s t e m . O n t h e p r e t e s t t h e s t u d e n t s c o u l d d e m o n s t r a t e s o m e k n o w l e d g e o f h e a t t r a n s f e r W i t h o u t u n d e r s t a n d i n g h o w a s o l a r w a t e r h e a t i n g s y s t e m w o r k s . A s a n e x a m p l e , t h e y c o u l d h a v e c i r c l e d a n a r e a W h e r e p o o l w a t e r m e e t s a i r a s a l o c a t i o n o f h e a t t r a n s f e r . S c o r i n g i n s u c h a c a s e s h o u l d b e b a s e d o n W h e t h e r t h e r e i s h e a t t r a n s f e r o c c u r r i n g a t t h e p l a c e t h e s t u d e n t c i r c l e d , a n d n o t o n w h e t h e r t h e d r a w i n g o f t h e s y s t e m w a s a c c u r a t e . N o t e t h a t p a r t c i n q u e s t i o n 5 “ W h a t e q u a t i o n s w o u l d y o u u s e . . . ” r e q u i r e d m e m o r i z a t i o n o n l y , w h i l e p a r t s a a n d b r e q u i r e d h i g h e r o r d e r t h i n k i n g . 1 5 9 Q u e s t i o n 6 o n t h e p r e t e s t j u s t a s k e d t h e s t u d e n t t o i l l u s t r a t e t h e r m a l e q u i l i b r i u m w i t h f a m i l i a r o b j e c t s , w h e r e a s t h e p o s t t e s t q u e s t i o n r e q u i r e d t h e i r e x a m p l e t o b e a n a l t e r n a t i v e e n e r g y s y s t e m . E l P r e t e s t I P o s t T e s t A F i g u r e 2 8 Q u e s t i o n 6 S c o r e s a s P e r c e n t a g e s L e t t e r B e n c h m a r k C a t e g o r y P r o b a b i l i t y o f O u t c o m e A E n e r g y T r a n s f e r a n d E n e r g y 0 . 0 0 2 C o n v e r s i o n T a b l e 1 4 L e g e n d a n d T - T e s t P V a l u e f o r Q u e s t i o n 6 V e r y f e w s t u d e n t s d e m o n s t r a t e d t h a t t h e y k n e w t h a t t h e a m o u n t o f h e a t fl o w i n g f r o m A t o B e q u a l s t h e a m o u n t fl o w i n g f r o m B t o A . O n l y o n e s t u d e n t o u t o f 1 3 m e n t i o n e d t h a t t h e t e m p e r a t u r e s o f t h e t w o o b j e c t s w e r e e q u a l . P h y s i c s b e n c h m a r k s d o n ’ t m e n t i o n t h e r m a l e q u i l i b r i u m . I t i s a n o t h e r c a s e o f k n o w l e d g e t h a t s h o u l d h a v e b e e n l e a r n e d i n C h e m i s t r y c l a s s s o t h a t i t c a n b e a p p l i e d t o s c e n a r i o s i n P h y s i c s c l a s s . N e x t y e a r I w i l l n e e d t o m a k e t i m e t o t e a c h t h e c o n c e p t b e f o r e I t r y t o h a v e t h e m a p p l y i t t o p h y s i c a l s c e n a r i o s . Q u e s t i o n 7 o n t h e p r e t e s t a s k e d “ w h y ” , b u t t h e c o r r e s p o n d i n g q u e s t i o n o n t h e p o s t t e s t d i d n o t . I r e a l i z e d t h i s a f t e r I h a d s c o r e d t h e p r i o r k n o w l e d g e r e s p o n s e s , s o w e n t b a c k a n d c h a n g e d t h e r u b r i c t o i g n o r e t h e “ t h ’ r e s p o n s e s a n d r e s c o r e d t h e q u e s t i o n . 1 6 0 8 0 1 6 0 . 4 0 . l E ] P r e t e s t 2 0 ‘ I P o s t T e s t 0 . . r A F i g u r e 2 9 Q u e s t i o n 7 S c o r e s a s P e r c e n t a g e s L e t t e r B e n c h m a r k C a t e g o r y P r o b a b i l i t y o f O u t c o m e A C a l c u l a t e t h e F i n a l T e m p e r a t u r e o f T w o L i q u i d s 0 . 0 0 2 T a b l e 1 5 L e g e n d a n d T - T e s t P V a l u e s f o r Q u e s t i o n 7 T h e d i f f e r e n c e b e t w e e n h e a t a n d t e m p e r a t u r e i s a l s o n o l o n g e r a d d r e s s e d i n t h e p h y s i c s b e n c h m a r k s . I t i s a s s u m e d t h a t t h e s t u d e n t s a l r e a d y k n o w t h e c o n c e p t . A g a i n , t h i s i s n o t t h e c a s e . B u t i t i s a c r u c i a l d i s t i n c t i o n f o r u n d e r s t a n d i n g t h e c a l c u l a t i o n o f fi n a l t e m p e r a t u r e s o f t w o l i q u i d s t h a t a r e m i x e d t o g e t h e r . M a n y s t u d e n t s a r e s o i g n o r a n t o f t h e d i f f e r e n c e t h a t t h e y d o n o t d i s t i n g u i s h b e t w e e n t h e t w o a n d i n s e r t a t e m p e r a t u r e v a l u e f o r Q i n s t e a d o f a h e a t v a l u e , o r a u s e a h e a t v a l u e f o r A T . 1 d i d s p e n d e x t r a t i m e w i t h s t u d e n t s o n t h i s d i s t i n c t i o n a n d i t s e e m e d t o b e s o m e w h a t e f f e c t i v e a s e v i d e n c e d b y t h e d a t a a b o v e . 1 6 1 A P P E N D I X I I I E T H E R M O D Y N A M I C S P O S T S U R V E Y 1 . W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t r e a l l y e n g a g e d y o u ? E x p l a i n . 2 . W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t w a s b o r i n g ? E x p l a i n . 3 . W h a t d i d y o u l e a r n t h a t y o u a r e l i k e l y t o r e m e m b e r a l o n g t i m e o r m a k e u s e o f i n t h e f u t u r e ? 4 . W h y d o y o u t h i n k t h e i t e m s y o u l i s t e d i n # 3 a b o v e e n d e d u p b e i n g t h e t h i n g s y o u w i l l r e m e m b e r o r m a k e m o s t u s e o f ? 1 6 2 T H E R M O D Y N A M I C S P O S T S U R V E Y E X A M P L E S O F S T U D E N T W O R K S t u d e n t r e s p o n s e s h a v e b e e n t y p e d i n a s t h e h a n d w r i t i n g w a s n o t d a r k e n o u g h t o b e l e g i b l e a f t e r s c a n n i n g . U n i t 2 — P o s t S u r v e y 1 . W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t r e a l l y e n g a g e d y o u ? E x p l a i n . I a c t u a l l y e n j o y e d b u i l d i n g d i f f e r e n t s o l a r c o l l e c t o r s a n d l e a r n i n g h o w t h e y a c t u a l l y w o r k , a n d h o w m a n y d i f f e r e n t v a r i a b l e s t h e r e a r e w h e n b u i l d i n g o n e . B e s i d e s , I l i k e m a k i n g t h i n g s . 3 . W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t w a s b o r i n g ? E x p l a i n . B o i l i n g w a t e r l a b . I d i d n ’ t t h i n k t h a t I l e a r n e d m u c h m o r e d o i n g a l a b t h a t t o o k a d a y , i n n o t e s t h a t w o u l d t a k e t e n m i n u t e s . 4 . W h a t d i d y o u l e a r n t h a t y o u a r e l i k e l y t o r e m e m b e r a l o n g t i m e o r m a k e u s e o f i n t h e f u t u r e ? H o w a s o l a r c o l l e c t o r b a s i c a l l y w o r k s . 5 . W h y d o y o u t h i n k t h e i t e m s y o u l i s t e d i n # 3 a b o v e e n d e d u p b e i n g t h e t h i n g s y o u w i l l r e m e m b e r o r m a k e m o s t u s e o f ? I t i s i n t e r e s t i n g t o m e , a n d i f I e v e r o w n m y o w n h o u s e I t h i n k I w o u l d l i k e m y h o m e t o b e m a i n l y s o l a r p o w e r e d . 1 6 3 U n i t 2 - P o s t S u r v e y 1 . W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t r e a l l y e n g a g e d y o u ? E x p l a i n . T h e r o c k e t s a n d t h e d i f f e r e n t e x p e r i m e n t s . 2 . W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t w a s b o r i n g ? E x p l a i n . T h e d i f f e r e n t r e a d i n g s e c t i o n s / a r t i c l e s . T h e y s e e m e d t e d i u s . 3 . W h a t d i d y o u l e a r n t h a t y o u a r e l i k e l y t o r e m e m b e r a l o n g t i m e o r m a k e u s e o f i n t h e f u t u r e ? H o w t o m a k e a r o c k e t a n d h o w t o m a k e m y h o m e m o r e e n e r g y e f f i c i e n t . 4 . W h y d o y o u t h i n k t h e i t e m s y o u l i s t e d i n # 3 a b o v e e n d e d u p b e i n g t h e t h i n g s y o u w i l l r e m e m b e r o r m a k e m o s t u s e o f ? R o c k e t s a r e s w e e t . I w i l l r e m e m b e r h o w t o m a k e m y h o u s e m o r e e n e r g y e f f i c i e n t e n e r g y b e c a u s e I l i k e t o s a v e m o n e y a n d h e l p t h e e n v i r o n m e n t . 1 6 4 U n i t 2 - P o s t S u r v e y 1 . W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t r e a l l y e n g a g e d y o u ? E x p l a i n . I l i k e d d o i n g t h e l a b s . I w o u l d r a t h e r l e a r n h a n d s - o n t h e n b y r e a d i n g a b o o k . 2 . W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t w a s b o r i n g ? E x p l a i n . I h a t e d o i n g i n - b o o k h o m e w o r k . 3 . W h a t d i d y o u l e a r n t h a t y o u a r e l i k e l y t o r e m e m b e r a l o n g t i m e o r m a k e u s e o f i n t h e f u t u r e ? M a y b e i f I g o i n t o a f i e l d w h e r e I w o u l d n e e d t o k n o w a b o u t h e a t i n g & s o l a r e n e r g y i t w o u l d b e u s e f u l . 6 . W h y d o y o u t h i n k t h e i t e m s y o u l i s t e d i n # 3 a b o v e e n d e d u p b e i n g t h e t h i n g s y o u w i l l r e m e m b e r o r m a k e m o s t u s e o f ? I t h i n k p r o b a b l y b / c w e d i d l a b s o n t h e m a n d I w a s m o s t i n t e r e s t e d i n t h e m . 1 6 5 R A W D A T A F R O M T H E R M O D Y N A M I C S P O S T S U R V E Y 1 . W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t r e a l l y e n g a g e d y o u ? E x p l a i n . D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r E r g o e r i m e n t w a s m e n t i o n e d b y 5 s t u d e n t s . S t u d e n t C o m m e n t s : L e a r n i n g h o w t h e c o l l e c t o r s a c t u a l l y w o r k . L e a r n i n g h o w m a n y d i f f e r e n t v a r i a b l e s t h e r e a r e w h e n b u i l d i n g . I l i k e m a k i n g t h i n g s . B e c a u s e w e w e r e u p a n d m o v i n g . I t w a s d i f fi c u l t y e t s t i l l a l l o w e d y o u t o g e t a g o o d u n d e r s t a n d i n g o f s o l a r e n e r g y . I f w e c a n d e s i g n s o m e t h i n g t h a t r e a l l y s a v e s e n e r g y a n d m o n e y i t w o u l d b e . ( I l l e g i b l e ) I t r e a l l y p u t s o u r l e a r n i n g t o r e a l l i f e p r o b l e m s . I t w a s fi r m . I t h e l p e d s t r e n g t h e n m y l a b p r o c e d u r e a n d w r i t e - u p . T h e R o c k e t s w e r e m e n t i o n e d b y 2 s t u d e n t s . N o n e a d d e d c o m m e n t s . T h e L a b s w e r e m e n t i o n e d b y 4 s t u d e n t s . S t u d e n t C o m m e n t s : W o u l d r a t h e r l e a r n h a n d s - o n . ( T w o s t u d e n t s w r o t e t h i s c o m m e n t . ) I r e a l l y l e a r n e d a l o t . A b s o r p t i o n L a b w a s m e n t i o n e d b y 1 p e r s o n . N o c o m m e n t s w e r e w r i t t e n . 2 . W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t w a s b o r i n g ? E x p l a i n . A r t i c l e s w e r e m e n t i o n e d b y 5 s t u d e n t s . S t u d e n t C o m m e n t s : Q u i t e d u l l . D i d n ’ t h e l p m y u n d e r s t a n d i n g o f t h e r m o d y n a m i c s . N e v e r r e a l l y c a u g h t m y i n t e r e s t . I t w a s s t i l l e a r l y i n t h e m o r n i n g a n d h a r d t o f o c u s o n r e a d i n g . T h e y s e e m e d t e d i o u s . M a t h P r o b l e m s w e r e m e n t i o n e d b y 2 s t u d e n t s . S t u d e n t C o m m e n t s : T h e y a r e j u s t w o r k , n o t l e a r n i n g . T h e l o n g e q u a t i o n s w e r e s o r e p e t i t i v e . R e a d i n g w a s m e n t i o n e d b y 1 s t u d e n t . N o c o m m e n t s w e r e w r i t t e n . 1 6 6 B o i l i n g W a t e r L a b w a s m e n t i o n e d b y 1 s t u d e n t . S t u d e n t C o m m e n t s : C o u l d h a v e l e a r n e d a s m u c h i n n o t e s t h a t w o u l d t a k e 1 0 m i n u t e s i n s t e a d o f t a k i n g t h e d a y . I n - B o o k H o m e w o r k w a s m e n t i o n e d b y 2 s t u d e n t s . S t u d e n t C o m m e n t s : I h a t e i t . A l l H o m e w o r k w a s m e n t i o n e d b y 1 s t u d e n t . T h e r e w e r e n o c o m m e n t s . M o s t L a b s w a s m e n t i o n e d b y 1 s t u d e n t . T h e r e w e r e n o c o m m e n t s . N o t e s w e r e m e n t i o n e d b y 1 s t u d e n t . T h e r e w e r e n o c o m m e n t s . 3 . W h a t d i d y o u l e a r n t h a t y o u a r e l i k e l y t o r e m e m b e r a l o n g t i m e o r m a k e u s e o f i n t h e f u t u r e ? H o v L a S o l a r C o l l e c t o r W o r k s w a s m e n t i o n e d b y 3 s t u d e n t s . S t u d e n t C o m m e n t s : T h e s t r u c t u r e o f a p l a t e c o l l e c t o r . H o w a n a b s o r b e r p l a t e a n d m a n i f o l d s a f f e c t t h e o v e r a l l p e r f o r m a n c e . H o w t o M a k e a R o c k e t w a s m e n t i o n e d b y 2 s t u d e n t s . S t u d e n t C o m m e n t s : A n d h o w r o c k e t s w o r k . H o w t o M a k e M y H o u s e M o r e E n e r g y E f fi c i e n t w a s m e n t i o n e d b y 2 s t u d e n t s . T h e r e w e r e n o s t u d e n t c o m m e n t s . H e a t i n g a n d S o l a r E n e r g y w e r e m e n t i o n e d b y I s t u d e n t . S t u d e n t C o m m e n t s : M a y b e i f I g o i n t o a fi e l d w h e r e I w o u l d n e e d t o k n o w a b o u t h e a t i n g a n d s o l a r e n e r g y i t w o u l d b e u s e f u l . H o w a G e o t h e r m a l H e a t P u m p W o r k s w a s m e n t i o n e d b y 2 s t u d e n t s . S t u d e n t C o m m e n t s : T h e h e a t p u m p s . H o t a n d c o l d r e s e r v o i r . N o t a W h o l e L o t w a s m e n t i o n e d b y 1 s t u d e n t . S t u d e n t C o m m e n t s : B e c a u s e w h a t I a m g o i n g t o d o h a s n o t h i n g t o d o w i t h t h i s . H o w P e o p l e U s e A l t e r n a t i v e E n e r g y w a s m e n t i o n e d b y 1 s t u d e n t . T h e r e w e r e n o s t u d e n t c o m m e n t s . 1 6 7 H o w M a n y R e s o u r c e s a n d M o n e y A l t e r n a t i v e E n e r g y S a v e s w a s m e n t i o n e d b y 1 s t u d e n t . T h e r e w e r e n o s t u d e n t c o m m e n t s . 4 . W h y d o y o u t h i n k t h a t t h e i t e m s y o u l i s t e d i n # 3 a b o v e e n d e d u p b e i n g t h e t h i n g s y o u w i l l r e m e m b e r o r m a k e m o s t u s e o f ? E u _ n w a s m e n t i o n e d b y 2 s t u d e n t s . S t u d e n t C e m e n t s : I t w a s f u n m a k i n g s o l a r c o l l e c t o r s . C r e a t i v e w a s m e n t i o n e d b y 1 s t u d e n t . T h e r e w e r e n o s t u d e n t c o m m e n t s . C o n t r i b u t i n g D a t a t o t h e S c i e n t i fi c C o m m u n i t y w a s m e n t i o n e d b y 1 s t u d e n t . T h e r e w e r e n o s t u d e n t c o m m e n t s . T h e O n l i n e R e s e a r c h w a s m e n t i o n e d b y 1 s t u d e n t . T h e r e w e r e n o s t u d e n t c o m m e n t s . m 1 L i f e P r o b l e m w a s m e n t i o n e d b y 1 s t u d e n t . T h e r e w e r e n o s t u d e n t c o m m e n t s . T h e y a r e S w e e t w a s m e n t i o n e d b y 1 s t u d e n t . S t u d e n t C o m m e n t s : ( H e w a s r e f e r r i n g t o t h e r o c k e t s . ) C o o l T h a t W e A r e F i n d i n g D i f f e r e n t W a y s t o U s e E n e r g y w a s m e n t i o n e d b y 1 s t u d e n t . T h e r e w e r e n o s t u d e n t c o m m e n t s . B e c a u s e I w a s M o s t I n t e r e s t e d i n T h e m w a s m e n t i o n e d b y 2 s t u d e n t s . T h e r e w e r e n o s t u d e n t c o m m e n t s . S o m e t h i n g I C a n U s e i n t h e F u t u r e w a s m e n t i o n e d b y 3 s t u d e n t s . S t u d e n t C o m m e n t s : B e c a u s e i n e v e r y d a y l i f e I w o n ’ t n e e d t o k n o w w h a t s p e c i fi c h e a t i s o r h o w t o c a l c u l a t e h e a t c h a n g e s a n d p h a s e c h a n g e s . I f I e v e r o w n m y o w n h o u s e I t h i n k I w o u l d l i k e m y h o m e t o b e s o l a r p o w e r e d . I D o n ’ t K n o w w a s m e n t i o n e d b y 1 s t u d e n t . T h e r e w e r e n o s t u d e n t c o m m e n t s . H a n d s - o n w a s m e n t i o n e d b y 2 s t u d e n t s . S t u d e n t C o m m e n t s : I u s u a l l y r e m e m b e r t h i n g s s u c h a s l a b s o r p r o j e c t s , b a s i c a l l y a n y t h i n g t h a t r e q u i r e s m e u s i n g a l o t o f p h y s i c a l e n e r g y . B e c a u s e w e d i d l a b s o n t h e m . 1 6 8 B e c a u s e I L i k r e t o S a m M o n e y w a s m e n t i o n e d b y 1 s t u d e n t . S t u d e n t C o m m e n t s : 1 — B e c a u s e I l i k e t o h e l p t h e e n v i r o n m e n t . A N A L Y S I S O F T H E R M O D Y N A M I C S P O S T S U R V E Y D A T A T h e fi r s t q u e s t i o n o n t h e P o s t S u r v e y a s k e d , “ W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t r e a l l y e n g a g e d y o u ? ” S i x o f t h e r e s p o n s e s n a m e d a c t i v i t i e s t h a t i n v o l v e d a l t e r n a t i v e e n e r g y . F o u r j u s t s a i d , “ t h e l a b s ” . S o m e l a b s i n v o l v e d a l t e r n a t i v e e n e r g y a n d s o m e d i d n o t . T w o o f t h e r e s p o n s e s w e r e f o r a n a c t i v i t y t h a t d i d n o t i n v o l v e a l t e r n a t i v e e n e r g y . A l l t w e l v e r e s p o n s e s , h o w e v e r , w e r e f o r h a n d s - o n a c t i v i t i e s . T h e s e c o n d q u e s t i o n a s k e d , “ W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t w a s b o r i n g ? E x p l a i n . ” S i x o f t h e r e s p o n s e s h a d t o d o w i t h r e a d i n g s a n d fi v e w i t h m a t h o r h o m e w o r k . T w o h a d t o d o w i t h l a b s a n d o n e n a m e d n o t e s . F i v e o f t h e a b o v e - m e n t i o n e d d e fi n i t e l y i n v o l v e d a l t e r n a t i v e e n e r g y , t h r e e o r f o u r c o u l d h a v e , b u t t h e r e s p o n s e s w e r e n o t s p e c i fi c e n o u g h t o p i n p o i n t t h e s p e c i fi c a c t i v i t y . T w o d e fi n i t e l y d i d n o t i n v o l v e a l t e r n a t i v e e n e r g y . T w o o f t h e a b o v e r e s p o n s e s w e r e h a n d s - o n a n d t w e l v e w e r e n o t h a n d s - o n . “ W h a t d i d y o u l e a r n t h a t y o u a r e l i k e l y t o r e m e m b e r a l o n g t i m e o r m a k e u s e o f i n t h e f u t u r e ? ” T e n r e s p o n s e s i n v o l v e d a l t e r n a t i v e e n e r g y a n d t w o d i d n o t . T w o o f t h e r e s p o n s e s m e n t i o n e d i n f o r m a t i o n t h e y m a y h a v e g o t t e n t h r o u g h h a n d s - o n a c t i v i t i e s a n d / o r d r a w i n g s , o n e f r o m d r a w i n g s , m a t h a n d o r n o t e s , t w o fi o m t h e r e a d i n g s a n d o n e f r o m a n i n t e m e t s e a r c h h o m e w o r k a s s i g n m e n t . T h r e e c o u l d n o t b e c l a s s i fi e d i n t h e a b o v e m a n n e r . T h e l a s t q u e s t i o n a s k e d “ W h y d o y o u t h i n k t h e i t e m s y o u l i s t e d i n # 3 a b o v e e n d e d u p b e i n g t h e t h i n g s y o u w i l l r e m e m b e r o r m a k e t h e m o s t u s e o f ? ” S i x r e s p o n s e s f a l l i n t o a 1 6 9 c a t e g o r y I ’ m c a l l i n g “ f u n / c r e a t i v e / i n t e r e s t i n g / c o o l / s w e e t ” a s t h o s e w e r e t h e d e s c r i p t o r s s t u d e n t s u s e d . S i x r e s p o n s e s h a d t o d o w i t h t h e i n f o r m a t i o n b e i n g u s e f u l . T w o s a i d i t w a s b e c a u s e i t w a s l e a r n e d i n a h a n d s - o n m a n n e r . O n e s t u d e n t c i t e d b e i n g a b l e t o c o n t r i b u t e t o t h e s c i e n t i fi c c o m m u n i t y . O v e r a l l , t h e s t u d e n t s i n t h i s c l a s s r e p o r t e d h a n d s - o n a c t i v i t i e s a s t h e o n e s t h a t t h e y f o u n d m o s t e n g a g i n g . O n e h u n d r e d p e r c e n t o f t h e s t u d e n t s n a m e d a h a n d s - o n a c t i v i t y a s t h e o n e t h a t m o s t e n g a g e d t h e m . A n d a t l e a s t h a l f o f t h o s e r e s p o n s e s h a d t o d o w i t h a l t e r n a t i v e e n e r g y . W h e n n a m i n g t h i n g s i n t h e u n i t t h a t t h e y f o u n d b o r i n g , m o s t n a m e d m o r e p a s s i v e a c t i v i t i e s . O n l y t w o o f t h e a c t i v i t i e s n a m e d w e r e h a n d s - o n . F i v e o f t h e a c t i v i t i e s m e n t i o n e d a s b o r i n g i n v o l v e d a l t e r n a t i v e e n e r g y . T h i n g s t h e s t u d e n t s w e r e l i k e l y t o r e m e m b e r , o r u s e , f a v o r e d a l t e r n a t i v e e n e r g y c o n c e p t s t e n t o t w o . T h e w a y s t h e i n f o r m a t i o n w a s o b t a i n e d w e r e v a r i e d w i t h n o c l e a r p a t t e r n o r s i n g l e e f f e c t i v e m e t h o d e m e r g i n g . S t u d e n t r e s p o n s e s a s t o w h y t h e y w o u l d r e m e m b e r , o r u s e , t h o s e p a r t i c u l a r c o n c e p t s w e r e s p l i t . S i x d e c l a r e d t h a t t h e i n f o r m a t i o n o r a c t i v i t y w a s f u n o r i n t e r e s t i n g a n d s i x c l a i m e d t h a t i t w a s , o r w o u l d b e , u s e fi r l . I t a p p e a r s t h a t h a n d s - o n a c t i v i t i e s a r e m o r e e n g a g i n g r e g a r d l e s s o f t h e t o p i c . T h e t o p i c s e e m s t o m a k e a s l i g h t d i f f e r e n c e . A l i t t l e m o r e t h a n h a l f o f t h e p o s i t i v e r e s p o n s e s r e l a t e d t o t h e t o p i c o f a l t e r n a t i v e e n e r g y a n d a l i t t l e l e s s t h a n h a l f o f t h e n e g a t i v e r e s p o n s e s r e l a t e d t o t h e t o p i c . A l t h o u g h w i t h s u c h a s m a l l d a t a s e t , t h e m a r g i n o f e r r o r w o u l d e r a s e t h a t d i f f e r e n c e . 1 7 0 W h e t h e r o r n o t t h e s t u d e n t j u d g e s t h e i n f o r m a t i o n t o b e u s e f u l , s e e m s t o c a r r y a s m u c h w e i g h t a s w h e t h e r t h e y f o u n d t h e i n f o r m a t i o n i n t e r e s t i n g o r f u n . S o p e r h a p s t e a c h e r s n e e d t o p u t m o r e e n e r g y i n t o c o m m u n i c a t i n g t h e w a y s t h a t c o n c e p t s w i l l b e u s e f u l t o t h e s t u d e n t . C R I T I Q U E O F T H E T H E R M O D Y N A M I C S P O S T S U R V E Y M E T H O D S t u d e n t r e s p o n s e s t o q u e s t i o n s n u m b e r o n e a n d t w o w e r e c o n s i s t e n t w i t h e a c h o t h e r . I f a s t u d e n t f o u n d h a n d s - o n a c t i v i t i e s e n g a g i n g , i t w o u l d m a k e s e n s e t h a t t h e y f o u n d m o r e p a s s i v e a c t i v i t i e s b o r i n g . W h e n t h e t e a c h e r t h i n k s o f e n g a g e m e n t , s h e e n v i s i o n s a s t u d e n t ’ s b r a i n i n v o l v e d i n c r i t i c a l a n d c r e a t i v e t h i n k i n g , w i t h m a n y n e w c o n n e c t i o n s b e i n g m a d e t o p r e v i o u s k n o w l e d g e a n d t h i n g s i n t h e s t u d e n t ’ s e v e r y d a y l i f e . T h e s t u d e n t ’ s i d e a o f e n g a g e m e n t m a y b e j u s t h a v i n g a l o t o f fi m p h y s i c a l l y m a n i p u l a t i n g e q u i p m e n t w i t h o u t o u t r e a l l y e n g a g i n g t h e b r a i n i n r i g o r o u s l e a r n i n g . I n r e t r o s p e c t , I t h i n k I s h o u l d h a v e d i s c u s s e d m y d e fi n i t i o n o f e n g a g e m e n t w i t h t h e s t u d e n t s . B u t I d o n ’ t k n o w i f t h e y w o u l d h a v e b e e n a b l e t o o b j e c t i v e l y d i s c e r n b e t w e e n t h e t w o . I a m a l s o n o t c o n v i n c e d t h a t a t e a c h e r s h o u l d w o r r y t o o m u c h a b o u t w h e t h e r a s t u d e n t fi n d s a n a c t i v i t y b o r i n g . O n l y o n e s t u d e n t m e n t i o n e d t h e b o i l i n g w a t e r l a b a s b o r i n g o n t h e s u r v e y , b u t a l m o s t a l l o f t h e m v o i c e d i t a s w e w e r e d o i n g t h e l a b . H o w e v e r , e v e n t h o u g h t h e s t u d e n t s f i n d i t b o r i n g , m o s t d o n ’ t f o r g e t t h a t t e m p e r a t u r e d o e s n o t c h a n g e d u r i n g t h e p h a s e c h a n g e . T h e y r e c a l l t h e i r f r u s t r a t i o n o f s t a r i n g a t a t h e r m o m e t e r w h o s e r e a d i n g s e e m e d t o b e m a g i c a l l y s t u c k a t t h e s a m e t e m p e r a t u r e a s t h e m i n u t e s t i c k e d b y . O n e i m p o r t a n t d r a w b a c k o f g i v i n g s u c h a s u r v e y a t t h e e n d o f a l o n g u n i t , i s t h a t t h i n g s t h a t o c c u r r e d t o w a r d t h e e n d o f t h e u n i t a r e m o r e e a s i l y r e c a l l e d t h a n t h i n g s t h a t h a p p e n e d n e a r t h e b e g i n n i n g . I t p r o b a b l y s k e w s t h e d a t a q u i t e a b i t . I f I d o t h i s s o r t o f 1 7 1 d a t a c o l l e c t i o n a g a i n , I w i l l r e a d t h r o u g h t h e 0 1 d l e s s o n p l a n s a l o u d b e f o r e t h e y fi l l o u t t h e s u r v e y t o r e m i n d t h e m o f a l l o f t h e e a r l i e r a c t i v i t i e s . T h e r e i s a n o t h e r p o i n t w o r t h c o n s i d e r i n g . D o s t u d e n t s r e a l l y k n o w w h i c h t h i n g s t h e y w i l l r e m e m b e r a l o n g t i m e o r m a k e u s e o f i n t h e f u t u r e ? R e g a r d l e s s , t h e i r b e l i e f c o u l d s t i l l g i v e i n s i g h t i n t o w h y t h e y p u t e f f o r t i n t o l e a r n i n g s o m e c o n c e p t s a n d n o t o t h e r s . F o r r e s p o n s e s t h a t w e r e t o o g e n e r a l f o r m e t o a c c u r a t e l y c a t a l o g , i t w o u l d h a v e b e e n h e l p f u l t o i n t e r v i e w t h e s t u d e n t s s o o n a f t e r t o g e t a m o r e s p e c i f i c r e s p o n s e . A n a c c u r a t e c a t e g o r i z a t i o n o f a l a r g e r p e r c e n t a g e o f t h e d a t a w o u l d h a v e r e s u l t e d i n m o r e a c c u r a t e i n t e r p r e t a t i o n . M a n y o f t h e t h i n g s s t u d e n t s b e l i e v e t h e y w i l l r e m e m b e r a l o n g t i m e w e r e t h i n g s w e l e a r n e d i n m u l t i p l e w a y s . T h u s i t i s n o t p o s s i b l e t o a s c e r t a i n i f i t w a s t h e l a b e l e d d r a w i n g s t h a t c l i c k e d w i t h t h e m , t h e i r i n t e r e s t i n t h e p a r t i c u l a r t o p i c o f a l t e r n a t i v e e n e r g y , t h e h a n d s - o n b u i l d i n g , t h e d e t a i l e d r e a d i n g s , o r j u s t t h e f a c t t h a t w e l e a r n e d t h e m a t e r i a l i n m u l t i p l e w a y s . A l a r g e r d a t a s e t w o u l d h a v e b e e n h e l p f u l h e r e . B u t a n e v e n b e t t e r o p t i o n w o u l d b e t o d e v o t e a w h o l e t h e s i s t o i n v e s t i g a t i n g t h i s q u e s t i o n . 1 7 2 A P P E N D I X I I I F T H E R M O D Y N A M I C S A N D O P T I C S U N I T S T U D E N T S ’ E N G A G E M E N T R E P O R T S S A M P L E S O F S T U D E N T S ’ E N G A G E M E N T D A T A E a c h s t u d e n t l o o k e d a r o u n d t h e c l a s s r o o m o n c e p e r d a y a n d o b s e r v e d t h e n u m b e r o f s t u d e n t s t h a t a p p e a r e d t o b e e n g a g e d . . H e i n c l u d e d h i m s e l f i n t h e d a t a . O n a p i e c e o f p a p e r t h e s t u d e n t w o u l d r e c o r d t h e d a t e , t i m e , n u m b e r o f s t u d e n t s t h a t s e e m t o b e e n g a g e d , n u m b e r t h a t d o n o t s e e m t o b e e n g a g e d a n d t h e a c t i v i t y t h e s t u d e n t s w e r e s u p p o s e d t o b e p a r t i c i p a t i n g i n . T h i s w a s d o n e t o h e l p m e c o l l e c t d a t a f o r t h i s t h e s i s . S t u d e n t e n g a g e m e n t w a s u s e d a s a m e a s u r e o f m o t i v a t i o n . 7 3 2 5 0 ; ! " 2 0 . 1 0 . 0 7 6 o f fi ( 0 o n . . T c m r o t m m a n a l W V ' H ” fi F i g u r e 3 0 E x a m p l e 1 o f S t u d e n t E n g a g e m e n t D a t a R e p o r t N o t i c e t h a t t h e s a m p l e a b o v e a n d b e l o w w e r e t a k e n a t t h e s a m e t i m e . T h e o n e a b o v e i s a l i t t l e m o r e d e s c r i p t i v e t h a n t h e o n e b e l o w , b u t I s t i l l h a d t o l o o k a t t h e i r d a t a i m m e d i a t e l y a f t e r c l a s s a n d m a k e n o t e s t o m y s e l f a s t o e x a c t l y w h a t w e w e r e d o i n g a t t h e t i m e . 1 7 3 : 0 / 2 Q / c 7 ( 1 1 2 5 i 0 3 0 ? ) C L : m k - e n g a g e d . C c - 6 1 % q u F i g u r e 3 1 E x a m p l e 2 o f S t u d e n t E n g a g e m e n t D a t a R e p o r t - - ‘ r F i g u r e 3 2 E x a m p l e 3 o f S t u d e n t E n g a g e m e n t D a t a R e p o r t T h i s i s a n o t h e r t y p i c a l s a m p l e o f e n g a g e m e n t d a t a c o l l e c t e d b y s t u d e n t s . M y n o t e s t o t h e s i d e d i d n o t s h o w u p w h e n s c a n n e d , b u t w e r e t o t e l l m e w h a t s h e m e a n t b y “ A c t i v i t y I I I B ” . W e w e r e fi l l i n g i n t h e d r a w i n g o n t h e o b j e c t i v e s h e e t u n d e r I I I B w h i c h w a s t h e s o l a r h o t w a t e r s y s t e m . 1 7 4 T H E R M O D Y N A M I C S A N D O P T I C S U N I T R A W C O M P I L E D D A T A O N S T U D E N T E N G A G E M E N T S t u d e n t s g a t h e r e d e n g a g e m e n t d a t a e v e r y d a y d u r i n g t h e u n i t . H o w e v e r , o n d a y s t h a t t h e s t u d e n t s w e r e t o t a l l y i m m e r s e d , s o m e f o r g o t t o r e c o r d t h e i r o b s e r v a t i o n s . T h i s i s a c o m p i l a t i o n o f t h e d a t a t h a t w a s c o l l e c t e d . T y p e o f A c t i v i t y S t u d e n t s S t u d e n t s P e r c e n t o f o n T a s k o f f S t u d e n t s T a s k o n T a s k W r i t i n g H o m e w o r k A s s i g n m e n t i n P l a n n e r 2 7 4 8 7 % W a t c h i n g a V i d e o 7 6 2 2 7 8 % L a b e l e d D r a w i n g - T y p e N o t e s 3 1 0 3 0 9 1 % T a k i n g R e g u l a r N o t e s 4 4 9 3 2 9 3 % T a k i n g a H o m e w o r k Q u i z 7 2 0 1 0 0 % C l a s s D i s c u s s i o n 2 0 4 8 3 % F i l l i n g i n V o c a b u l a r y T e r m s o n S t u d L G u i d e 1 2 8 1 4 9 0 % B a c k g r o u n d Q u e s t i o n s o n L a b 5 0 2 9 6 % H i g h l i g h t i n g a s I n s t r u c t o r R e a d s 9 2 8 2 % P h y s i c a l l y W o r k i n g o n a L a b 4 4 8 4 9 9 0 % W a t c h i n g a D e m o n s t r a t i o n 3 6 0 1 0 0 % G o i n g o v e r a T e s t 7 6 1 7 8 2 % T a k i n g a T e s t 7 0 0 1 0 0 % O r a l P r e s e n t a t i o n o f L a b R e s u l t s 1 3 9 5 9 % P l a n n i n g a n d D e s i g n i n g a n E x p e r i m e n t 2 1 l 9 5 % G o i n g O v e r a L a b 7 3 1 6 8 2 % T a k i n g t h e P r i o r K n o w l e d g e S u r v e y 1 1 0 1 0 0 % W o r k i n g o n M a t h P r o b l e m s 1 3 6 4 6 7 5 % D o i n g P o s t L a b Q u e s t i o n s 1 2 0 1 0 0 % G o i n g O v e r H o m e w o r k 1 3 3 2 0 8 7 % W o r k i n g o n Q u a l i t a t i v e B e l l w o r k 2 2 0 1 0 0 % F i l l i n g i n A n s w e r s o n a P a c k e t 9 5 5 9 5 % L i s t e n i n g W h i l e I n s t r u c t o r R e a d s l 6 6 7 3 % I n s t r u c t o r E x p l a i n i n g T h e L a b 8 3 7 3 % S c o r i n g N o t e b o o k o f D a i l y W o r k 1 1 0 1 0 0 % S i l e n t R e a d i n g 8 1 6 3 3 % S t u d e n t s R e a d i n g A l o u d 5 4 3 9 5 % G o i n g O v e r a P a c k e t A s s i g n m e n t 2 0 2 9 1 % W a t c h i n L a S l i d e S h o w 1 0 2 8 3 % M a t h R e v i e w 1 8 6 7 5 % C l e a n i n g U p A f t e r A n E x p e r i m e n t 3 9 9 8 1 % W o r k i n g o n a L a b W r i t e - U p l 8 6 7 5 % O r g a n i z i n g N o t e b o o k o f D a i l y W o r k 5 9 0 1 0 0 % T a b l e 1 6 R a w E n g a g e m e n t D a t a b y A c t i v i t y T y p e 1 7 5 A c t i v i t y C a t e g o r y S t u d e n t s S t u d e n t s P e r c e n t o f o n T a s k o f f T a s k S t u d e n t s o n T a s k T e s t s , Q u i z z e s , G r a d i n g N o t e b o o k s a n d 5 8 7 1 3 9 8 % W r i t i n g D o w n H o m e w o r k A s s i g n m e n t s P h y s i c a l A c t i v i t i e s : L a b s , C l a s s 3 4 9 5 1 8 7 % D i s c u s s i o n s , P l a n n i n g L a b s , C l e a n i n g u p A f t e r L a b s N o n - P h y s i c a l A c t i v i t i e s : 1 9 0 8 3 9 2 8 3 % N o t e s : 9 2 % o n T a s k S i l e n t R e a d i n g : 3 3 % o n T a s k R e a d i n g A l o u d : 9 5 % o n T a s k W o r k i n g o n M a t h P r o b l e m s : 7 5 % o n T a s k T a b l e 1 7 E n g a g e m e n t D a t a S u m m a r i z e d b y A c t i v i t y T y p e T a b l e 1 8 b e l o w l i s t s o n l y a l t e r n a t i v e e n e r g y a c t i v i t i e s a n d T a b l e I 9 l i s t s a l l o t h e r s . D a t e A c t i v i t y O n O f f P e r c e n t a g e o f T a s k T a s k S t u d e n t s o n T a s k 9 / 2 7 H o m e w o r k Q u i z 1 3 0 1 0 0 % 9 / 2 8 L a b e l e d D r a w i n g o f S o l a r H o t 2 0 5 8 0 % W a t e r S y s t e m o n L a b 9 / 2 8 S p e c i fi c H e a t L a b 1 1 2 8 5 % B a c k g r o u n d Q u e s t i o n s 9 / 2 8 G o i n g O v e r B a c k g r o u n d 1 3 0 1 0 0 % Q u e s t i o n s o n S o l a r C o l l e c t o r s 1 0 / 2 H i g h l i g h t i n g P a r t s i n A r t i c l e s 9 2 8 2 % o n S o l a r H e a t i n g 1 0 / 3 F i l l i n g i n o n t h e A b s o r b a n c e a n d 1 2 0 1 0 0 % E m i s s i o n L a b P a c k e t 1 0 / 3 N o t e s o n E m i s s i o n a n d 2 2 0 1 0 0 % A b s o r p t i o n i n S o l a r R o o m s 1 0 / 3 F i l l i n g i n D r a w i n g o f E m i s s i o n , 9 2 8 2 % A b s o r p t i o n , T r a n s m i s s i o n o n S t u d y G u i d e 1 0 / 5 P e r f o r m i n g A b s o r b a n c e L a b 1 1 0 1 0 0 % 1 0 / 8 N o t e s : W h a t i s E x p e c t e d o n 2 7 8 7 7 % A b s o r b a n c e L a b C o n c l u s i o n 1 0 / 1 2 P h o t o v o l t a i c P a c k e t Q u e s t i o n s 1 1 2 8 5 % 1 0 / 1 2 G e o t h e r m a l H e a t P u m p D r a w i n g 2 2 4 8 5 % 1 0 / 1 2 S t i r l i n g E n g i n e D r a w i n g 1 7 9 6 5 % 1 0 / 1 6 D r a w i n g o f F l a t P l a t e C o l l e c t o r 1 0 l 9 1 % T a b l e 1 8 R a w E n g a g e m e n t D a t a f o r A l t e r n a t i v e E n e r g y A c t i v i t i e s 1 7 6 D a t e A c t i v i t y O n O f f P e r c e n t a g e o f T a s k T a s k S t u d e n t s o n T a s k 1 0 / 1 6 N o t e s t o H e l p F i l l i n D e s i g n 1 1 0 1 0 0 % Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r E x p e r i m e n t 1 0 / 1 7 P l a n n i n g E x p e r i m e n t f o r D e s i g n 2 1 1 9 5 % Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r E x p e r i m e n t 1 0 / 1 7 D r a w i n g S o l a r H o t W a t e r 8 0 1 0 0 % S y s t e m o n S t u d y G u i d e 1 0 / 2 5 C o n s t r u c t i n g S o l a r C o l l e c t o r s 3 9 0 1 0 0 % f o r T h e i r E x p e r i m e n t s 1 0 / 2 6 C l e a n i n g u p t h e E x p e r i m e n t s 5 7 1 5 7 9 % a n d S t a r t i n g L a b W r i t e - U p 1 0 / 2 9 P r e s e n t i n g L a b R e s u l t s t o P e e r s 1 3 9 5 9 % T a b l e 1 8 C o n t i n u e d D a t e A c t i v i t y O n O f f P e r c e n t a g e o f T a s k T a s k S t u d e n t s o n T a s k 9 / 2 7 F i l l i n g i n V o c a b u l a r y 3 8 1 4 7 3 % T e r m s o n S t u d y G u i d e 1 0 / 4 W r i t i n g D o w n 8 l 8 9 % H o m e w o r k A s s i g n m e n t 1 0 / 4 N o t e s o n m C A T = m C A T l I 0 1 0 0 % 1 0 / 9 W o r k i n g o n M a t h P r o b l e m s 1 8 8 6 9 % o n M c fi t 1 0 / 1 0 N o t e s o n H e a t o f F u s i o n a n d 4 0 1 5 7 3 % H e a t o f V a p o r i z a t i o n 1 0 / 1 0 B o i l i n g W a t e r L a b 3 3 2 9 4 % 1 0 / 1 1 G o i n g O v e r M a t h H o m e w o r k 4 4 5 9 0 % 1 0 / 1 1 N o t e s o n F i r s t L a w a n d 1 2 0 1 0 0 % H e a t E n g i n e s 1 0 / 1 1 T a k i n g H o m e w o r k Q u i z 3 5 0 1 0 0 % o n H e a t s o f F u s i o n a n d V a p o r i z a t i o n 1 0 / 1 2 H o m e w o r k Q u i z o n H e a t 1 3 0 1 0 0 % E n g i n e s a n d R e fi i g e r a t o r s 1 0 / 1 5 I n s t r u c t o r E x p l a i n s R o c k e t 8 3 7 3 % C o n s t r u c t i o n 1 0 / 1 5 S i l e n t R e a d i n g o n E n t r o p y 0 1 2 0 % 1 0 / 1 5 R e a d i n g A l o u d o n 8 3 7 3 % T h e r m o d y n a m i c s 1 0 / 1 5 C o n s t r u c t i n g R o c k e t s 3 3 3 3 1 0 0 % T a b l e 1 9 R a w E n g a g e m e n t D a t a f o r O t h e r A c t i v i t i e s 1 7 7 1 0 / 1 6 G o i n g O v e r F o l l o w - U p 1 0 1 9 1 % Q u e s t i o n s o n R o c k e t s ( H e a t E n g i n t e g ) 1 0 / 1 8 M a t h R e v i e w 2 8 2 0 1 0 / 2 3 G o i n g O v e r M a t h H o m e w o r k 1 9 5 T a b l e 1 9 C o n t i n u e d 5 8 % 7 9 % A c t i v i t y C a t e g o r y S t u d e n t s o n T a s k S t u d e n t s o f f T a s k P e r c e n t o f S t u d e n t s o n T a s k A l t e r n a t i v e E n e r g y 3 5 6 6 0 8 6 % A l t e r n a t i v e E n e r g y b u t R e m o v i n g 3 4 3 6 0 8 5 % T a k i n g T e s t s a n d Q u i z z e s , S c o r i n g N o t e b o o k s a n d W r i t i n g D o w n H o m e w o r k A s s i g n m e n t s O t h e r T h a n A l t e r n a t i v e E n e r g y O t h e r T h a n A l t e r n a t i v e E n e r g y b u t R e m o v i n g T a k i n g T e s t s a n d Q u i z z e s , S c o r i n g N o t e b o o k s a n d W r i t i n g D o w n H o m e w o r k A s s i g n m e n t s T a b l e 2 0 S u m m a r y o f E n g a g e m e n t D a t a 1 2 2 1 2 1 7 5 % 7 1 % 3 5 8 3 0 2 A N A L Y S I S O F T H E R M O D Y N A M I C S E N G A G E M E N T D A T A W h e n l i s t i n g e n g a g e m e n t d a t a b y a c t i v i t y , t h e a c t i v i t i e s s e e m t o r e p r e s e n t t h r e e m a j o r c a t e g o r i e s . A c t i v i t i e s t h a t a r e t r a d i t i o n a l l y u s e d f o r a s s e s s m e n t , a n d t h a t s t u d e n t s a s s o c i a t e w i t h l o t s o f p o i n t s , i n c l u d e d t a k i n g t e s t s a n d q u i z z e s , o r g a n i z i n g a n d s c o r i n g n o t e b o o k s o f d a i l y w o r k a n d w r i t i n g d o w n h o m e w o r k a s s i g n m e n t s i n p l a n n e r s . T h e d a t a s h o w e d t h a t w h e n w e w e r e d o i n g a n y o f t h e s e t y p e s o f a c t i v i t i e s , s t u d e n t s w e r e f o c u s e d o n t h e t a s k 9 8 % o f t h e t i m e . M o s t p h y s i c s s t u d e n t s c a r e a b o u t t h e i r g r a d e - p o i n t a v e r a g e , s o t h i s l e v e l o f e n g a g e m e n t i s n o t s u r p r i s i n g . T h e r e s t o f t h e c a t e g o r i e s w e r e s p l i t i n t o t w o g r o u p s , p h y s i c a l a c t i v i t i e s a n d n o n - p h y s i c a l a c t i v i t i e s . T h e p h y s i c a l a c t i v i t i e s i n c l u d e d l a b s , c l a s s d i s c u s s i o n , p l a n n i n g l a b s 1 7 8 a n d c l e a n i n g u p a f t e r l a b s . T h e s t u d e n t s ’ d a t a i n d i c a t e d 8 7 % e n g a g e m e n t w h i l e d o i n g t h e s e s o r t s o f a c t i v i t i e s . T h i s fi g u r e i s p r o b a b l y s k e w e d q u i t e l o w . I n o t i c e d t h a t o n d a y s w h e n t h e s t u d e n t s w e r e m o s t e n g a g e d , m a n y f o r g o t t o g a t h e r e n g a g e m e n t d a t a . T h e m i s s i n g d a t a w o u l d h a v e i n d i c a t e d h i g h p e r c e n t a g e s o f e n g a g e m e n t . W i t h t h a t d a t a t o t a l l y m i s s i n g , i t i s h a r d t o s a y w h a t i t m i g h t h a v e b e e n , b u t i t c e r t a i n l y w o u l d h a v e p u s h e d t h e e n g a g e m e n t u p a b o v e 8 7 % . T h e t h i r d c a t e g o r y i n c l u d e d e v e r y t h i n g n o t a l r e a d y a s s i g n e d t o o n e o f t h e fi r s t t w o c a t e g o r i e s . I t i n c l u d e d t h i n g s l i k e t a k i n g n o t e s , r e a d i n g s i l e n t l y , r e a d i n g a l o u d a n d w o r k i n g o n m a t h p r o b l e m s . E v e n t h o u g h t h e s t u d e n t s c o m p l a i n t h e l o u d e s t e v e r y t i m e w e t a k e n o t e s , 9 2 % o f t h e m a r e e n g a g e d d u r i n g t h o s e t i m e s . P o s s i b l y t h a t i s b e c a u s e i t i s s o e a s y t o t a k e n o t e s . T h e s t u d e n t d o e s n ’ t e v e n h a v e t o t h i n k . I t c a n j u s t g o i n o n e e a r a n d o u t t h r o u g h t h e h a n d . T h e b r a i n o f s o m e s t u d e n t s m u s t b e o n a u t o m a t i c p i l o t . I d o c o n t i n u a l l y a s k q u e s t i o n s t h r o u g h o u t m y l e c t u r e s i n a n a t t e m p t t o k e e p t h e b r a i n a c t i v e l y i n v o l v e d a n d t o g i v e t h e m o p p o r t u n i t y t o c o n s t r u c t s o m e k n o w l e d g e e v e n w h e n t a k i n g n o t e s . S i l e n t r e a d i n g r e c e i v e d t h e l o w e s t e n g a g e m e n t s c o r e , 3 3 % . I f e e l i t i s i m p o r t a n t t o i n c l u d e s i l e n t r e a d i n g a n d i m p o r t a n t t o f o r c e s t u d e n t s t o r e a d c r i t i c a l l y a n d c a r e f u l l y t o fi g u r e t h i n g s o u t t h e m s e l v e s f r o m a r e a d i n g . A c c o r d i n g t o t h e d a t a , i t l o o k s l i k e s t u d e n t s w o u l d b e m o r e e n g a g e d i n s i l e n t r e a d i n g i f i t w a s t i e d t o a n a s s i g n m e n t t h a t w a s w o r t h p o i n t s . A n d f r o m m y e x p e r i e n c e , i t i s c r u c i a l t o g r a d e t h e m o n a c c u r a c y , n o t j u s t c o m p l e t i o n . A n a l t e r n a t i v e w a y t o c l a s s i f y t h e a c t i v i t i e s t h a t h a s m o r e t o d o w i t h t h e t h e s i s s t a t e m e n t o f t h i s p r o j e c t , s o r t s t h e m b y w h e t h e r o r n o t t h e y i n v o l v e a l t e r n a t i v e e n e r g y . 1 7 9 W h e n s p l i t u p i n t h i s w a y , t h e d a t a a t fi r s t g l a n c e s e e m s t o s h o w t h a t a c t i v i t i e s i n c o r p o r a t i n g a l t e r n a t i v e e n e r g y r e s u l t i n a h i g h e r l e v e l o f e n g a g e m e n t , 8 5 % a n d 8 6 % c o m p a r e d t o 7 1 % a n d 7 5 % . H o w e v e r , a f t e r a l s o c o m p i l i n g t h e d a t a fi o m t h e E l e c t r i c i t y u n i t , t h e r e a p p e a r s t o b e n o d i f f e r e n c e u n l e s s t h e t r a d i t i o n a l a s s e s s m e n t s o r t s o f a c t i v i t i e s a r e r e m o v e d . A c t i v i t i e s i n c o r p o r a t i n g a l t e r n a t i v e e n e r g y a n d t h o s e n o t i n c o r p o r a t i n g i t b o t h s h o w e d e n g a g e m e n t o f 9 0 % . B u t a f t e r r e m o v i n g t e s t s , q u i z z e s , s c o r i n g n o t e b o o k s a n d w r i t i n g d o w n h o m e w o r k a s s i g n m e n t s , t h e r e w a s a s i g n i fi c a n t d i f f e r e n c e . T h e s t u d e n t s ’ d a t a t h e n s h o w e d 8 8 % e n g a g e m e n t f o r t h e a l t e r n a t i v e e n e r g y a c t i v i t i e s a n d 7 0 % f o r t h e a c t i v i t i e s n o t i n v o l v i n g a l t e r n a t i v e e n e r g y . T h i s m a k e s s e n s e a s m o s t o f t h e t e s t s , q u i z z e s , s c o r i n g o f n o t e b o o k s a n d w r i t i n g d o w n h o m e w o r k a s s i g n m e n t s w e r e i n t h e c a t e g o r y t h a t d i d n o t i n v o l v e a l t e r n a t i v e e n e r g y . T h i s r e l a t i o n s h i p a l s o a g r e e s w i t h t h e d a t a c o m p i l e d o n t h e T h e r m o d y n a m i c s u n i t o n l y . T H E R M O D Y N A M I C S A N D O P T I C S U N I T C R I T I Q U E O F T H E M E T H O D O F S T U D E N T S G A T H E R I N G E N G A G E M E N T D A T A F r o m g e n e r a l d a y t o d a y o b s e r v a t i o n s , w h i c h I w r o t e d o w n i n a j o u r n a l , h a v i n g s t u d e n t s c o l l e c t t h e s e d a t a m a y n o t h a v e b e e n a r e l i a b l e o r a c c u r a t e m e t h o d . W h e n w e s t a r t e d t h e u n i t , s t u d e n t s w e r e i n s t r u c t e d t o l o o k a r o u n d t h e r o o m a t s o m e r a n d o m t i m e o f t h e i r c h o o s i n g . T h e y w e r e t o w r i t e d o w n h o w m a n y s t u d e n t s a p p e a r e d t o b e e n g a g e d i n t h e a s s i g n e d t a s k , h o w m a n y a p p e a r e d n o t t o b e e n g a g e d , t h e d a t e , t h e t i m e , a n d a s h o r t d e s c r i p t i o n o f t h e a s s i g n e d t a s k . O n e p r o b l e m w a s t h a t s t u d e n t s w o u l d o f t e n l e a v e o u t p a r t o f t h e i n f o r m a t i o n , q u i t e o f t e n i t w a s w h a t t h e a s s i g n e d t a s k w a s . I f t h e y h a d w r i t t e n t h e t i m e , I c o u l d u s u a l l y 1 8 0 fi g u r e o u t w h a t t h e a c t i v i t y m i g h t h a v e b e e n , b u t I h a d t o t h r o w o u t q u i t e a b i t o f d a t a d u e t o b e i n g u n s u r e o f t h e t a s k . I g o t i n t h e h a b i t o f l o o k i n g t h r o u g h t h e d a t a f o r t h a t d a y i m m e d i a t e l y a f t e r c l a s s w a s o v e r , w h i l e I c o u l d s t i l l r e m e m b e r w h a t w e d i d a n d w h e n w e d i d i t . I w r o t e l i t t l e n o t e s o f m y o w n n e a r t h e i r n o t a t i o n o f t h e a c t i v i t y t o m a k e i t m o r e d e s c r i p t i v e s o t h a t I c o u l d m a k e b e t t e r u s e o f i t l a t e r . S m a l l p r e p r i n t e d f o r m s w i t h a s p a c e f o r a c t i v i t y / t a s k , t i m e , d a t e , n u m b e r o f e n g a g e d a n d n u m b e r n o t e n g a g e d m i g h t h a v e b e e n a g o o d i d e a . T h e s t u d e n t s j u s t w r o t e t h e i r d a t a o n s c r a p s o f b l a n k n o t e b o o k p a p e r . H a v i n g s t u d e n t s g a t h e r t h e d a t a a t r a n d o m t i m e s m a y h a v e l e d t o a s e c o n d p r o b l e m : s k e w e d d a t a . T h e s t u d e n t w o u l d p r o b a b l y b e m o r e l i k e l y t o t h i n k o f o b s e r v i n g t h e r o o m t o c o l l e c t e n g a g e m e n t d a t a w h e n h e h i m s e l f w a s b o r e d a n d n o t e n g a g e d . B y t h e e n d o f t h e s e c o n d w e e k o f t h e u n i t s o f e w s t u d e n t s w e r e t u r n i n g i n t h e d a t a , t h a t I a s s i g n e d t h e m e a c h a s p e c i fi c t i m e t o c o l l e c t d a t a . T h e y a l s o m a d e t h e m s e l v e s l i t t l e r e m i n d e r c a r d s w i t h t h e i r a s s i g n e d t i m e t o s e t o u t o n t h e i r d e s k s a t t h e b e g i n n i n g o f e a c h c l a s s . T h i s a l s o s o l v e d t h e p r o b l e m o f s t u d e n t s b e i n g m o r e l i k e l y t o c o l l e c t d a t a d u r i n g p e r i o d s o f l o w e n g a g e m e n t . B y t h e e n d o f t h e f o u r t h w e e k s o f e w s t u d e n t s w e r e t u r n i n g i n d a t a t h a t I t o l d t h e m i t w o u l d b e w o r t h o n e p o i n t p e r d a y . P a r t i c i p a t i o n w e n t w a y u p , b u t i t i s l i k e l y t o h a v e e x a c e r b a t e d t h e e x i s t i n g p r o b l e m o f f a u l t y d a t a . S e v e r a l t i m e s I o b s e r v e d s t u d e n t s w h o w e r e a s s i g n e d a t i m e e a r l i e r i n t h e h o u r , q u i c k l y j o t t i n g d a t a d o w n a t t h e e n d o f t h e p e r i o d a n d h a n d i n g i t i n . T h e r e w e r e e v e n t w o i n s t a n c e s o f s t u d e n t s w r i t i n g i t d o w n t h e f o l l o w i n g d a y a n d t r y i n g t o t u r n i t i n . I a m g u e s s i n g t h a t t h e s t u d e n t f o r g o t t o l o o k a r o u n d t h e r o o m a t t h e a s s i g n e d t i m e a n d j u s t w r o t e d o w n a n y n u m b e r s t h a t c a m e t o m i n d i n o r d e r t o t u r n t h e d a t a i n f o r a p o i n t . 1 8 1 E a r l y o n I o b s e r v e d a n o t h e r s e r i o u s p r o b l e m w i t h t h i s m e t h o d o f g a t h e r i n g d a t a . W h e n a c t i v i t i e s r e a l l y e n g a g e d t h e s t u d e n t s f u l l y , a n d t h e y w e r e i m m e r s e d a l l h o u r , t h e y w o u l d f o r g e t t o t a k e d a t a e v e n w i t h c o n s t a n t r e m i n d e r s f r o m m e . T h i s w a s e s p e c i a l l y t r u e w h e n t h e s t u d e n t s w e r e c o n s t r u c t i n g s o l a r c o l l e c t o r s . T h i s r e s u l t s i n d a t a b e i n g s k e w e d w a y t o t h e l o w s i d e . A n d fi n a l l y , q u i t e o f t e n m y o b s e r v a t i o n s d i d n o t m a t c h u p a t a l l w i t h t h e d a t a t h a t w a s t u r n e d i n t h a t d a y . I f I h a d s t r u g g l e d t o g e t a n d k e e p t h e i r a t t e n t i o n w h i l e g o i n g o v e r h o m e w o r k , s t u d e n t s w e r e s t i l l t u r n i n g i n d a t a s h o w i n g t h a t a l m o s t a l l o f t h e s t u d e n t s w e r e e n g a g e d d u r i n g t h a t t i m e . O n t h e p o s i t i v e s i d e , t h i s m e t h o d d o e s r e s u l t i n a l o t o f v e r y s p e c i fi c d a t a . A l t h o u g h , i f t h a t d a t a i s f a u l t y , w h a t g o o d i s i t ? I t w a s a l s o m y o r i g i n a l f e e l i n g t h a t s t u d e n t s m i g h t b e b e t t e r j u d g e s o f t h e l e v e l o f e n g a g e m e n t o f o t h e r s t u d e n t s t h a n a t e a c h e r w o u l d b e . P e r h a p s i f t h e s t u d e n t w a s r e a l l y s c r u t i n i z i n g t h e b e h a v i o r l i k e a t e a c h e r d o e s , t h e y m i g h t b e b e t t e r a t i t s i n c e t h e i r t h o u g h t p a t t e r n s m a y b e m o r e l i k e t h e o t h e r s t u d e n t s ’ . B u t t h e s t u d e n t s g a t h e r i n g d a t a d i d n ’ t r e a l l y h a v e a r e a s o n t o p a y c l o s e e n o u g h a t t e n t i o n t o a c c u r a t e l y a s s e s s t h e l e v e l o f i n v o l v e m e n t . I t i s s i m i l a r t o a b u s i n e s s o w n e r n o t b e i n g a b l e t o fi n d e m p l o y e e s t h a t c a r e a s d e e p l y a b o u t t h e h e a l t h o f h i s b u s i n e s s a s h e d o e s . O n e d e t a i l e s s e n t i a l f o r m a k i n g t h i s m e t h o d w o r k a t a l l i s t h a t t h e t e a c h e r w r i t e l i t t l e n o t e s o n t h e p a c k e t o f d a t a s h e e t s t h e s t u d e n t s t u r n i n e v e r y d a y . T h e n o t e s s h o u l d b e t h i n g s t h a t w i l l h e l p h e r r e m e m b e r e x a c t l y w h a t e a c h a c t i v i t y e n t a i l e d . T h e l e s s o n p l a n b o o k d o e s n o t g i v e e n o u g h s p e c i fi c i n f o r m a t i o n t o r e s u l t i n a n a c c u r a t e c o r r e l a t i o n o f d a t e s a n d t i m e s w i t h a c t i v i t i e s . I f a s t u d e n t d e s c r i b e s a n a c t i v i t y o r t a s k a s “ c l a s s d i s c u s s i o n ” , t h e t e a c h e r s h o u l d fi l l i n w h a t t h e t o p i c w a s . 1 8 2 A P P E N D I X 1 1 1 G E L E C T R I C I T Y P R E T E S T 1 . N a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m c h e m i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . 2 . N a m e a d e v i c e t h a t t r a n s f o r m s l i g h t e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . 3 . N a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m m e c h a n i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . 4 . D r a w a n e x a m p l e o f a c l o s e d ( c o m p l e t e ) c i r c u i t . 5 . D r a w t h e s a m e c i r c u i t , e x c e p t s h o w i t a s o p e n i n s t e a d o f c l o s e d . 6 . I f a l i g h t b u l b w a s i n c l u d e d i n t h e c i r c u i t s a b o v e , i n w h i c h c i r c u i t , i f e i t h e r , w o u l d t h e b u l b b e l i t ? 1 8 3 7 . E x p l a i n t h e f o l l o w i n g t e r m s a s t h e y r e l a t e t o t h e c i r c u i t s y o u d r e w : V o l t a g e R e s i s t a n c e C u r r e n t 8 . D r a w a s i m p l e b a t t e r y a n d t e l l h o w i t w o r k s . 9 . I f y o u w a n t e d t o i n c r e a s e t h e v o l t a g e o u t p u t o f a s o l a r p a n e l , w o u l d y o u c o n n e c t t h e i n d i v i d u a l s o l a r c e l l s i n s e r i e s o r i n p a r a l l e l ? E x p l a i n . 1 0 . I f t h e l i g h t s o n y o u r C h r i s t m a s t r e e w e r e w i r e d i n s e r i e s , w h a t w o u l d h a p p e n w h e n o n e o f t h e m b u r n e d o u t ? E x p l a i n . 1 8 4 T E A C H E R ’ S K E Y F O R T H E E L E C T R I C I T Y P R E T E S T . N a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m c h e m i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . B a t t e r y , f u e l c e l l B e n c h m a r k P 4 . 1 0 B . I t g o e s w i t h q u e s t i o n 1 6 o n t h e u n i t t e s t . . N a m e a d e v i c e t h a t t r a n s f o r m s l i g h t e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . P h o t o v o l t a i c c e l l ( s o l a r c e l l ) B e n c h m a r k P 4 . 1 0 B . I t g o e s w i t h q u e s t i o n 1 6 o n t h e u n i t t e s t . . N a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m m e c h a n i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . W i n d t u r b i n e , w a t e r t u r b i n e , h a n d - c r a n k g e n e r a t o r B e n c h m a r k P 4 . 1 0 B . I t g o e s w i t h q u e s t i o n 1 6 o n t h e u n i t t e s t . . D r a w a n e x a m p l e o f a c l o s e d ( c o m p l e t e ) c i r c u i t . C l o s e d C i r c u i t L L L o a d " ’ ; ( D e c r e a s e s P E ) B a t t e r y ( I n c r e a s e s P E ) F i g u r e 3 3 C l o s e d C i r c u i t ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) B e n c h m a r k P 4 . 1 0 C . I t g o e s w i t h q u e s t i o n 1 2 o n t h e u n i t t e s t . 1 8 5 5 . D r a w t h e s a m e c i r c u i t , e x c e p t s h o w i t a s o p e n i n s t e a d o f c l o s e d . O p e n C i r c u i t L i g h t i s N o t L i t I a F i g u r e 3 4 O p e n C i r c u i t ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) B e n c h m a r k P 4 . 1 0 C . I t g o e s w i t h q u e s t i o n 1 1 o n t h e u n i t t e s t . 6 . I f a l i g h t b u l b w a s i n c l u d e d i n t h e c i r c u i t s a b o v e , i n w h i c h c i r c u i t , i f e i t h e r , w o u l d t h e b u l b b e l i t ? T h e b u l b w o u l d b e l i t i n t h e c l o s e d c i r c u i t . B e n c h m a r k P 4 . 1 0 C . I t g o e s w i t h q u e s t i o n 1 1 o n t h e u n i t t e s t . 7 . E x p l a i n t h e f o l l o w i n g t e r m s a s t h e y r e l a t e t o t h e c i r c u i t s y o u d r e w : V o l t a g e : T h e p u s h b e h i n d t h e fl o w i n g e l e c t r o n s . ( H o w b a d t h e y w a n t t o g e t t o t h e p o s i t i v e t e r m i n a l . ) O r , t h e d i f f e r e n c e i n p o t e n t i a l b e t w e e n t h e p o s i t i v e a n d n e g a t i v e t e r m i n a l s . R e s i s t a n c e : T h e t u n g s t e n f i l a m e n t i n t h e b u l b i s h a r d f o r e l e c t r o n s t o f l o w t h r o u g h . T h e f r i c t i o n o f t h e m t r y i n g t o g e t t h r o u g h c r e a t e s h e a t a n d l i g h t . C u r r e n t : E l e c t r o n s fl o w i n g t h r o u g h t h e w i r e B e n c h m a r k P 4 . 1 0 D . I t g o e s w i t h q u e s t i o n 1 1 o n t h e t e s t . 1 8 6 8 . D r a w a s i m p l e b a t t e r y a n d t e l l h o w i t w o r k s . ‘ I V ( - ) « d c . c o n fi d e E M I J G i / ( + ) e u ‘ e C I f r o > _ _ _ , W “ : \ \ : ' L ( M B u t t o n s c a v e " “ C " N a t l m o d . . . ) : ‘ 0 " ) W u “ ' 6 ‘ I ‘ ¢ t " c ' . c i : , \ ( : e ) . ‘ N O T “ : N a + + e ' — > N a ( r e d u c e d ) 2 C 1 - + C 1 ; + 2 e ( o x i d i z e d ) F i g u r e 3 5 B a t t e r i e s a n d H o w T h e y W o r k ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) W h e n d i s c h a r g i n g , t h e e l e c t r o n s a r e p r o d u c e d a t t h e a n o d e a n d fl o w t h r o u g h t h e l o a d t o w a r d t h e c a t h o d e . A n e l e c t r o l y t e i n s i d e t h e b a t t e r y p r o v i d e s t h e e l e c t r o n s . B e n c h m a r k P 4 . 1 0 C a n d P 4 . 1 0 B . I t g o e s w i t h q u e s t i o n 1 7 o n t h e u n i t t e s t . 9 . I f y o u w a n t e d t o i n c r e a s e t h e v o l t a g e o u t p u t o f a s o l a r p a n e l , w o u l d y o u c o n n e c t t h e i n d i v i d u a l s o l a r c e l l s i n s e r i e s o r i n p a r a l l e l ? E x p l a i n . Y o u w o u l d c o n n e c t i t i n s e r i e s b e c a u s e t h e i r v o l t a g e s w o u l d a d d t o g e t h e r . ( I n a p a r a l l e l c i r c u i t t h e r e i s m o r e t h a n o n e p a t h t o t a k e s o t h e i n i t i a l p r e s s u r e i s s p l i t b e t w e e n t h e a v a i l a b l e p a t h s . ) B e n c h m a r k P 4 . 1 0 g . I t g o e s w i t h q u e s t i o n 1 8 o n t h e u n i t t e s t . 1 0 . I f t h e l i g h t s o n y o u r C h r i s t m a s t r e e w e r e w i r e d i n s e r i e s , w h a t w o u l d h a p p e n w h e n o n e o f t h e m b u r n e d o u t ? E x p l a i n . A l l o f t h e l i g h t s i n t h e s t r a n d w o u l d g o o u t . T h e c i r c u i t i s i n c o m p l e t e . T h e r e i s o n l y o n e p a t h t o f o l l o w a n d t h a t p a t h g o t a b r e a k i n i t . B e n c h m a r k P 4 . 1 0 g . I t g o e s w i t h q u e s t i o n 1 9 o n t h e u n i t t e s t . 1 8 7 C O M M E N T S O N R A W D A T A F R O M T H E E L E C T R I C I T Y P R E T E S T C o n s u l t A p p e n d i x H I H f o r p r e t e s t d a t a . I t i s f o u n d i n t h e s e c t i o n t i t l e d A n a l y s i s o f R a w D a t a F r o m P r e t e s t a n d P o s t T e s t . 1 . N a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m c h e m i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . ( B e n c h m a r k P 4 . l O B ) A l l s t u d e n t s b u t o n e w e r e a l r e a d y a b l e t o n a m e a t l e a s t o n e d e v i c e t h a t t r a n s f o r m s c h e m i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l . S e v e n s t u d e n t s l i s t e d t h e b a t t e r y . T h r e e s t u d e n t s l i s t e d t h e p o w e r p l a n t w h i c h c o n t a i n s s e v e r a l d e v i c e s , n o n e o f w h i c h t r a n s f o r m c h e m i c a l e n e r g y d i r e c t l y i n t o e l e c t r i c i t y . T w o m e n t i o n e d c a r e n g i n e s w h i c h t r a n s f o r m c h e m i c a l e n e r g y t o m e c h a n i c a l r a t h e r t h a n t o e l e c t r i c a l . I t h i n k p e r h a p s s o m e s t u d e n t s c o n s i d e r e v e r y t h i n g u n d e r t h e h o o d o f a c a r a s p a r t o f t h e e n g i n e . T h e r e i s a d e v i c e u n d e r t h e h o o d , t h e a l t e r n a t o r , w h o s e m a i n f u n c t i o n i s t o t r a n s f o r m m e c h a n i c a l t o e l e c t r i c a l e n e r g y . O n e s t u d e n t e v i d e n t l y d i d n o t k n o w t h e m e a n i n g o f d e v i c e , o r w a s n ’ t r e a d i n g c a r e fi i l l y , a n d l i s t e d p r o c e s s e s s u c h a s s t i r r i n g , h e a t i n g , a n d s p e e d i n g u p t h e c h e m i c a l p r o c e s s . N o n e o f t h o s e p r o c e s s e s a r e r e l a t e d t o t h e q u e s t i o n . I n l i g h t o f t h e i r r e s p o n s e s , s t u d e n t s l a c k e d k n o w l e d g e o f f u e l c e l l s a n d n e e d e d t o l e a r n t h e d e t a i l s o f e n e r g y t r a n s f o r m a t i o n s o c c u r r i n g i n p o w e r p l a n t s a n d c a r e n g i n e s . F i v e o f t h e t w e l v e s t u d e n t s n e e d t o l e a r n t h a t b a t t e r i e s t r a n s f o r m c h e m i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . 2 . N a m e a d e v i c e t h a t t r a n s f o r m s l i g h t e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . ( B e n c h m a r k P 4 . 1 0 B ) 1 8 8 T h e d a t a s u g g e s t s t h a t s t u d e n t s d o n o t k n o w t h e f u n c t i o n o f a s o l a r c o l l e c t o r ( t o c o l l e c t e l e c t r o m a g n e t i c w a v e s a n d t r a n s f o r m n o n - i n f r a r e d f r e q u e n c i e s t o i n f r a r e d ) . I t d o e s n ’ t g e n e r a t e e l e c t r i c i t y . I n c u r r e n t l i t e r a t u r e , s o l a r p a n e l u s u a l l y r e f e r s t o a fl a t p l a t e c o l l e c t o r . F l a t , p l a t e - s h a p e d p h o t o v o l t a i c c e l l s a r e u s u a l l y r e f e r r e d t o a s m o d u l e s , b u t a r e o c c a s i o n a l l y c a l l e d s o l a r p a n e l s . S t u d e n t s n e e d t o b e c o m e f a m i l i a r w i t h t h e t e r m s p h o t o v o l t a i c a n d s o l a r c e l l . T h e y n e e d t o l e a r n t h e f u n c t i o n o f s o l a r c o l l e c t o r s c o n t r a s t e d w i t h t h e fi m c t i o n o f p h o t o v o l t a i c s . E x p l a i n i n g t h e w a y t h e t e r m s o l a r p a n e l i s c u r r e n t l y u s e d i s a l s o i n o r d e r . 3 . N a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m m e c h a n i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . ( B e n c h m a r k P 4 . l O B ) S t u d e n t s w h o l i s t e d p u l l e y a n d w e d g e a s d e v i c e s t h a t p e r f o r m t h i s t r a n s f o r m a t i o n m u s t n o t k n o w t h e m e a n i n g o f t h e t e r m s m e c h a n i c a l e n e r g y a n d e l e c t r i c a l e n e r g y . T h e y n e e d t o l e a r n t h o s e c o n c e p t s a n d a l s o w h a t a n e n e r g y t r a n s f o r m a t i o n i s . S i x o f t h e e l e v e n s t u d e n t s w h o t o o k t h e p r i o r k n o w l e d g e s u r v e y n e e d t o l e a r n w h a t a g e n e r a t o r i s a n d h o w i t f u n c t i o n s . T e n o f t h e e l e v e n n e e d t o b e e x p o s e d t o t u r b i n e s a n d t h e i r fi m c t i o n . T h e y s h o u l d a l s o b e m a k e a w a r e t h a t t h e r e a r e w a t e r t u r b i n e s a s w e l l a s w i n d a n d s t e a m t u r b i n e s . T h e d a t a i n d i c a t e s t h a t t i m e s h o u l d a l s o b e d e v o t e d t o t h e fi m c t i o n o f e n g i n e s a n d t h e e l e c t r i c c a r . 4 . D r a w a n e x a m p l e o f a c l o s e d c i r c u i t . ( B e n c h m a r k P 4 . 1 0 C ) S t u d e n t s n e e d t o l e a r n t h e s t r u c t u r e a n d f u n c t i o n o f a b a t t e r y , t h e t h r e e r e q u i r e m e n t s o f a c l o s e d c i r c u i t ( c o n t i n u o u s l o o p , c h a r g e p u m p a n d p o t e n t i a l d i f f e r e n c e ) a n d t h e 1 8 9 c o n v e n t i o n s f o r s c h e m a t i c d r a w i n g s . 5 . D r a w t h e s a m e c i r c u i t , e x c e p t s h o w i t a s o p e n i n s t e a d o f c l o s e d . I t a p p e a r s t h a t t e n o f t h e e l e v e n a l r e a d y k n o w t h a t a n i n c o m p l e t e c i r c u i t h a s a b r e a k i n t h e c o n d u c t i n g l o o p . T h e r e f o r e , n o t m u c h t i m e s h o u l d b e s p e n t o n t h i s . 6 . I f a l i g h t b u l b w a s i n c l u d e d i n t h e c i r c u i t s a b o v e , i n w h i c h i f e i t h e r , w o u l d t h e b u l b b e l i t ? ( B e n c h m a r k P 4 . 1 0 C ) S i n c e n i n e o f t h e e l e v e n s t u d e n t s r e a l i z e t h a t a b u l b i n a n i n c o m p l e t e c i r c u i t w i l l n o t l i g h t , l i t t l e t i m e s h o u l d b e d e v o t e d t o t h i s c o n c e p t . 7 a . E x p l a i n t h e f o l l o w i n g t e r m s a s t h e y r e l a t e t o t h e c i r c u i t y o u d r e w : v o l t a g e , r e s i s t a n c e , a n d c u r r e n t . ( B e n c h m a r k P 4 . 1 O D ) O f t h e t h r e e t e r m s , v o l t a g e i s t h e o n e t h e s t u d e n t s k n o w t h e l e a s t a b o u t . S o t h e m o s t t i m e s h o u l d b e s p e n t o n t h a t o n e . M o s t s t u d e n t s c a n c o m m u n i c a t e t h e c o n c e p t s o f r e s i s t a n c e a n d c u r r e n t i n a q u a l i t a t i v e m a n n e r . T i m e s p e n t o n t h o s e t w o s h o u l d b e d e v o t e d t o t h e i r q u a n t i t a t i v e a s p e c t s . 8 . D r a w a s i m p l e b a t t e r y a n d e x p l a i n h o w i t w o r k s . ( B e n c h m a r k P 4 . 1 0 C a n d P 4 . l O B ) M o s t s t u d e n t s r e a l i z e t h a t a b a t t e r y h a s a p o s i t i v e a n d a n e g a t i v e t e r m i n a l . S o m e s t u d e n t s h a v e a v a g u e i d e a o f h o w a b a t t e r y fi m c t i o n s . O t h e r s h a v e n o i d e a . S u f fi c i e n t t i m e s h o u l d b e s p e n t o n t h i s t o p i c s o t h a t s t u d e n t s c a n m a k e a l a b e l e d d r a w i n g w h i c h 1 9 0 i n c l u d e s d i s t r i b u t i o n s o f c h a r g e . T h e y s h o u l d b e a b l e t o r e l a t e s t e p s i n i t s f u n c t i o n t o t h e t r a n s f o r m a t i o n o f c h e m i c a l t o e l e c t r i c a l e n e r g y . 9 . I f y o u w a n t e d t o i n c r e a s e t h e o u t p u t o f a s o l a r p a n e l , w o u l d y o u c o n n e c t t h e i n d i v i d u a l c e l l s i n s e r i e s o r p a r a l l e l ? E x p l a i n . ( B e n c h m a r k P 4 . 1 0 g ) S e v e n o f t h e e l e v e n s t u d e n t s c h o s e t h e c o r r e c t r e s p o n s e o f “ s e r i e s ” , b u t n o n e g a v e a c o r r e c t e x p l a n a t i o n . T h e r e f o r e , i t w i l l b e i m p o r t a n t t o s p e n d t i m e o n t h e d i f f e r e n c e s i n v o l t a g e a n d c u r r e n t i n a s e r i e s a s o p p o s e d t o a p a r a l l e l c i r c u i t . 1 0 . I f t h e l i g h t s o n y o u r C h r i s t m a s t r e e w e r e w i r e d i n s e r i e s , w h a t w o u l d h a p p e n i f o n e o f t h e m b u r n e d o u t ? E x p l a i n . ( B e n c h m a r k P 4 . 1 0 g ) N i n e s t u d e n t s k n e w t h e y w o u l d a l l g o o u t . T w o s t u d e n t s t h o u g h t t h e y m i g h t a l l b u r n o u t . O n e o f t h o s e s a i d “ I f o n e b r e a k s , t h e y a l l b r e a k ” . T h e o t h e r m a y n o t k n o w t h a t b u r n i n g o u t m e a n s t h a t t h e fi l a m e n t b r e a k s i n t w o . O n l y t h r e e s t u d e n t s g a v e t h e c o r r e c t e x p l a n a t i o n f o r t h e i r a n s w e r . I n e e d t o d e v o t e t i m e t o t h e s t r u c t u r e o f a l i g h t b u l b a n d t h e f u n c t i o n o f t h e fi l a m e n t . C l o s e a t t e n t i o n s h o u l d b e p a i d t o c o n t r a s t i n g t h e fl o w o f e l e c t r o n s w h e n t h e r e i s a c o m p l e t e f o r t h e m t o t r a v e l a n d w h e n t h e r e i s a b r e a k i n t h a t l o o p . I n e e d t o c l a r i f y t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n a b u l b t h a t i s b u r n e d o u t a n d a b u l b t h a t i s n o t r e c e i v i n g e l e c t r i c i t y . 1 9 1 A P P E N D I X 1 1 1 H E L E C T R I C I T Y P O S T T E S T N o t e t h a t t h e p o s t t e s t q u e s t i o n s u s e d t o g a t h e r d a t a f o r t h i s t h e s i s w e r e i m b e d d e d w i t h i n t h e U n i t 3 T e s t . O n l y t h e p o r t i o n o f t h e t e s t t h a t c o n t a i n e d t h e p o s t t e s t q u e s t i o n s i s s h o w n b e l o w . 1 0 . W h a t i s t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n v o l t a g e , r e s i s t a n c e a n d c u r r e n t ? 1 1 . D r a w a s c h e m a t i c o f a n o p e n c i r c u i t t h a t c o n t a i n s a b a t t e r y , a r e s i s t o r a n d a b u l b . L a b e l e a c h c o m p o n e n t . W o u l d t h e b u l b b e l i t ? 1 2 . D r a w a s c h e m a t i c o f a c l o s e d c i r c u i t t h a t c o n t a i n s a l i g h t b u l b , a b a t t e r y a n d a v o l t m e t e r . 1 3 . C o u l d a n a r n m e t e r b e p u t i n t h e c i r c u i t a b o v e i n t h e s a m e p l a c e t h e v o l t m e t e r i s s h o w n ? E x p l a i n . 1 9 2 1 6 . N a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m a ) c h e m i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y b ) m e c h a n i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y c ) l i g h t e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y 1 7 . D r a w a l a b e l e d d i a g r a m o f a s i m p l e b a t t e r y a n d e x p l a i n h o w i t w o r k s . 1 8 . I f y o u w a n t e d t o i n c r e a s e t h e v o l t a g e o u t p u t o f a s o l a r p a n e l , w o u l d y o u c o n n e c t t h e i n d i v i d u a l s o l a r c e l l s i n s e r i e s o r i n p a r a l l e l ? E x p l a i n . 1 9 . W h a t i s t h e b e n e fi t o f h a v i n g C h r i s t m a s t r e e l i g h t s w i r e d i n p a r a l l e l i n s t e a d o f s e r i e s ? 1 9 3 T E A C H E R ’ S K E Y F O R T H E E L E C T R I C I T Y P O S T T E S T N o t e t h a t t h e p o s t t e s t q u e s t i o n s u s e d t o g a t h e r d a t a f o r t h i s t h e s i s w e r e i m b e d d e d w i t h i n t h e U n i t 3 T e s t . O n l y t h e p o r t i o n o f t h e t e s t t h a t c o n t a i n e d t h e p o s t t e s t q u e s t i o n s i s s h o w n b e l o w . l O . W h a t i s t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n v o l t a g e , r e s i s t a n c e a n d c u r r e n t ? V o l t a g e : T h e p u s h b e h i n d t h e f l o w i n g e l e c t r o n s . ( H o w b a d t h e y w a n t t o g e t t o t h e p o s i t i v e t e r m i n a l . ) O r , t h e d i f f e r e n c e i n p o t e n t i a l b e t w e e n t h e p o s i t i v e a n d n e g a t i v e t e r m i n a l s . R e s i s t a n c e : o p p o s e s t h e f l o w o f e l e c t r o n s . I t i s f r i c t i o n i s g e n e r a t e d b y t h e e l e c t r o n s m o v i n g t h r o u g h t h e m a t e r i a l . C u r r e n t : E l e c t r o n s fl o w i n g t h r o u g h t h e w i r e 1 1 . D r a w a s c h e m a t i c o f a n o p e n c i r c u i t t h a t c o n t a i n s a b a t t e r y , a r e s i s t o r a n d a b u l b . L a b e l e a c h c o m p o n e n t . W o u l d t h e b u l b b e l i t ? O p e n C i r c u i t B u l b i s N o t L i t I 0 F i g u r e 3 6 O p e n C i r c u i t W i t h R e s i s t o r a n d B u l b ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) 1 9 4 e l ' . 1 2 . D r a w a s c h e m a t i c o f a c l o s e d c i r c u i t t h a t c o n t a i n s a l i g h t b u l b , a b a t t e r y a n d a v o l t m e t e r . F i g u r e 3 7 C l o s e d C i r c u i t W i t h B u l b , B a t t e r y a n d V o l t m e t e r ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) 1 3 . C o u l d a n a m m e t e r b e p u t i n t h e c i r c u i t a b o v e i n t h e s a m e p l a c e t h e v o l t m e t e r i s s h o w n ? E x p l a i n . N o . A n a m m e t e r n e e d s t o b e c o n n e c t e d i n s e r i e s , w h e r e a s t h e v o l t m e t e r w a s c o n n e c t e d i n p a r a l l e l . 1 6 . N a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m a ) c h e m i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y B a t t e r y , f u e l c e l l b ) m e c h a n i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y W i n d t u r b i n e , w a t e r t u r b i n e , h a n d - c r a n k g e n e r a t o r d ) l i g h t e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y P h o t o v o l t a i c c e l l ( s o l a r c e l l ) 1 9 5 1 7 . D r a w a l a b e l e d d i a g r a m o f a s i m p l e b a t t e r y a n d e x p l a i n h o w i t w o r k s . ( - ) ‘ t a t I - S ' V ‘ — a m k . j ? g i g s - ( . 5 ; l e a v e f r o m t h e M o d e . . $ 1 a - , / g ) u : d e « R u l e N a + + e ' - > N a ( r e d u c e d ) 2 0 ' - > C 1 ; + Z e ' ( o x i d i z e d ) F i g u r e 3 8 B a t t e r i e s a n d H o w T h e y W o r k ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) W h e n d i s c h a r g i n g , t h e e l e c t r o n s a r e p r o d u c e d a t t h e a n o d e a n d fl o w t h r o u g h t h e l o a d t o w a r d t h e c a t h o d e . A n e l e c t r o l y t e i n s i d e t h e b a t t e r y p r o v i d e s t h e e l e c t r o n s . 1 8 . I f y o u w a n t e d t o i n c r e a s e t h e v o l t a g e o u t p u t o f a s o l a r p a n e l , w o u l d y o u c o n n e c t t h e i n d i v i d u a l s o l a r c e l l s i n s e r i e s o r i n p a r a l l e l ? E x p l a i n . Y o u w o u l d c o n n e c t i t i n s e r i e s b e c a u s e t h e i r v o l t a g e s w o u l d a d d t o g e t h e r . ( I n a p a r a l l e l c i r c u i t t h e r e i s m o r e t h a n o n e p a t h t o t a k e s o t h e i n i t i a l p r e s s u r e i s s p l i t b e t w e e n t h e a v a i l a b l e p a t h s . ) 1 9 . W h a t i s t h e b e n e fi t o f h a v i n g C h r i s t m a s t r e e l i g h t s w i r e d i n p a r a l l e l i n s t e a d o f s e r i e s ? T h e r e i s m o r e t h a n o n e p a t h f o r t h e e l e c t r o n s t o f o l l o w . I f o n e b u l b b u r n s o u t t h e r e a r e s t i l l o t h e r p a t h s t h a t t h e e l e c t r o n s c a n f o l l o w a n d t h e o t h e r b u l b s w i l l s t a y l i t . 1 9 6 E L E C T R I C I T Y U N I T A N A L Y S I S O F R A W D A T A F R O M P R E T E S T A N D P O S T T E S T S c o r e s e n t e r e d i n t o t h e t - t e s t s w e r e b a s e d o n a r a t i o o f c o r r e c t r e s p o n s e s t o t o t a l r e s p o n s e s a s t h e q u e s t i o n s w e r e o p e n - e n d e d a n d s t u d e n t s c o u l d v o l u n t e e r m u l t i p l e r e s p o n s e s . 1 . N a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m c h e m i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . ( B e n c h m a r k P 4 . 1 0 B ) I P r e t e s t E l P o s t T e s t B a t t e r y F u e l C e l l F i g u r e 3 9 C o r r e c t R e s p o n s e s f o r Q u e s t i o n 1 I P r e t e s t E l P o s t T e s t V a r i e t y o f E l e c t r o l y t i c A n s w e r s C e l l F i g u r e 4 0 I n c o r r e c t R e s p o n s e s f o r Q u e s t i o n 1 A c c o r d i n g t o t h e t - t e s t ( p r o b a b i l i t y 0 . 1 5 2 ) , t h e i n c r e a s e i n k n o w l e d g e a s m e a s u r e d b y t h e s c o r i n g p r o c e s s w a s i n s i g n i fi c a n t . T h e n u m b e r o f c o r r e c t a n s w e r s i n c r e a s e d b y 7 1 % . T h e n u m b e r o f i n c o r r e c t a n s w e r s d e c r e a s e d b y 8 0 % . N o s t u d e n t s g a v e f u e l c e l l a s a r e s p o n s e b e f o r e t h e u n i t , w h e r e a s 2 5 % o f t h e m n a m e d f u e l c e l l a t t h e e n d o f t h e u n i t . U n f o r t u n a t e l y , o u r w o r k w i t h e l e c t r o l y t i c c e l l s c o n f u s e d s o m e s t u d e n t s , a s t w o o f t h e m 1 9 7 ( 1 7 % ) w r o t e t h a t i n a s a n i n c o r r e c t r e s p o n s e . O v e r a l l , s t u d e n t s s h o w e d s i g n i fi c a n t i m p r o v e m e n t i n t h i s c o n c e p t a f t e r t h e u n i t . 2 . N a m e a d e v i c e t h a t t r a n s f o r m s l i g h t e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . ( B e n c h m a r k P 4 . 1 0 B ) I P r e t e s t E l P o s t T e s t P V C e l l S o l a r P l a t e S o l a r P a n e l S o l a r C a l c u l a t o r F i g u r e 4 1 C o r r e c t R e s p o n s e s f o r Q u e s t i o n 2 I P r e t e s t C l P o s t T e s t S o l a r C o l l e c t o r F i g u r e 4 2 I n c o r r e c t R e s p o n s e s f o r Q u e s t i o n 2 A c c o r d i n g t o t h e t - t e s t r e s u l t s t h e k n o w l e d g e g a i n e d w a s s i g n i fi c a n t ( p r o b a b i l i t y 0 . 0 0 8 ) . T h e n u m b e r o f c o r r e c t a n s w e r s i n c r e a s e d b y 1 4 0 % . T h e n u m b e r o f w r o n g a n s w e r s w a s g r e a t e r t h a n t h e n u m b e r o f r i g h t a n s w e r s b e f o r e t h e u n i t . A fi e r t h e u n i t t h e r e w e r e n o i n c o r r e c t r e s p o n s e s g i v e n . B e f o r e t h e u n i t n o n e o f t h e s t u d e n t s u s e d t h e t e r m 1 9 8 p h o t o v o l t a i c c e l l , w h i c h i s t h e m o s t s p e c i fi c t e r m c u r r e n t l y i n u s e f o r t h e d e v i c e . A fi e r t h e u n i t , 7 5 % o f t h e r e s p o n s e s u s e d t h i s t e r m i n o l o g y . S t u d e n t s s h o w e d s i g n i fi c a n t i m p r o v e m e n t i n t h i s c o n c e p t a f t e r t h e u n i t . 3 . N a m e d e v i c e s t h a t t r a n s f o r m m e c h a n i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . ( B e n c h m a r k P 4 . 1 0 B ) 1 2 1 0 I P r e t e s t C l P o s t T e s t 8 6 4 H 2 0 G e n e r a t o r W l n d S h a k e - U p T u r b i n e W l n d M i l l W a t e r M i l l T u r b i n e F l a s h l i g h t F i g u r e 4 3 C o r r e c t R e s p o n s e s f o r Q u e s t i o n 3 I P r e t e s t E l P o s t T e s t P u l l e y , W e d g e , N o R e s p o n s e , E n g i n e , E l e c t r i c M o t o r , L o a d s , C a r E l e c t r o l y t i c C e l l , C a r B a t t e r y F i g u r e 4 4 I n c o r r e c t R e s p o n s e s f o r Q u e s t i o n 3 F r o m t h e p e r c e n t a g e s i t a p p e a r s t h a t s i g n i fi c a n t p r o g r e s s w a s n o t e v i d e n t f o r t h i s c o n c e p t a f t e r t h e u n i t . T h e i n c r e a s e i n c o r r e c t a n s w e r s w a s o n l y 1 4 % , w h i c h a m o u n t s t o o n e m o r e 1 9 9 s t u d e n t g i v i n g a c o r r e c t r e s p o n s e o n t h e U n i t 3 T e s t t h a n o n t h e p r e t e s t . A n d o n t h e p o s t t e s t , t h e t o t a l n u m b e r o f i n c o r r e c t a n s w e r s h a d a c t u a l l y i n c r e a s e d b y 1 7 % d u e t o t h e o p e n - e n d e d n a t u r e o f t h e q u e s t i o n a l l o w i n g f o r m u l t i p l e a n s w e r s . T - T e s t r e s u l t s a l s o s h o w n o s i g n i fi c a n t c h a n g e i n s t u d e n t k n o w l e d g e ( p r o b a b i l i t y 0 . 4 9 3 ) . 4 . D r a w a n e x a m p l e o f a c l o s e d c i r c u i t . ( B e n c h m a r k P 4 . 1 0 C ) I P r e t e s t E l P o s t T e s t C l o s e d L o o p C l o s e d L o o p E l e c t r o n F l o w a n c P o t e n t i a l O n l y D i f f e r e n c e F i g u r e 4 5 C o r r e c t R e s p o n s e s f o r Q u e s t i o n 4 I P r e t e s t E l P o s t T e s t B a t t e r y W i r e i n c o r r e c t I n c o r r e c t F i g u r e 4 6 I n c o r r e c t R e s p o n s e s f o r Q u e s t i o n 4 A c c o r d i n g t o t h e t - t e s t , t h e i n c r e a s e i n k n o w l e d g e a s m e a s u r e d b y t h e s c o r i n g w a s s i g n i fi c a n t ( p r o b a b i l i t y 0 . 0 1 6 ) . O n t h e p r e t e s t , m o s t s t u d e n t s t h a t d r e w t h e c l o s e d c i r c u i t c o r r e c t l y d r e w a D - c e l l b a t t e r y w i t h a w i r e g o i n g f r o m o n e t e r m i n a l t o t h e o t h e r w i t h 2 0 0 n o t h i n g e l s e i n t h e d r a w i n g . O n t h e p o s t t e s t s t u d e n t s u s e d s c h e m a t i c s y m b o l s a n d i n c o r p o r a t e d o t h e r e l e m e n t s i n t o t h e c i r c u i t s u c h a s b u l b s a n d v o l t r n e t e r s . T h e n u m b e r o f s t u d e n t s w h o k n e w t h a t a c l o s e d c i r c u i t c o n s i s t e d o f a c o n t i n u o u s l o o p a n d a p o t e n t i a l d i f f e r e n c e i n c r e a s e d f r o m 6 t o 1 2 , a 1 0 0 % i m p r o v e m e n t . B e f o r e t h e u n i t , n o n e d r e w e l e c t r o n fl o w . A f t e r t h e u n i t , t h r e e o f t h e m i n c l u d e d i t e v e n t h o u g h i t w a s n ’ t a s k e d f o r . B e f o r e t h e u n i t , fi v e s t u d e n t s c o u l d n ’ t e v e n d e p i c t b a t t e r y t e r m i n a l s i n a c o r r e c t m a n n e r . ( T h e y d i d n ’ t h a v e t o d r a w t h e m s c h e m a t i c a l l y , j u s t s h o w w h e r e t h e y w e r e o n t h e b a t t e r y a n d l a b e l t h e m . ) T w o s t u d e n t s t h o u g h t t h e r e w a s a w i r e i n s i d e t h e b a t t e r y c o n n e c t i n g t h e t w o t e r m i n a l s . A f t e r t h e u n i t , i n s t e a d o f s e v e n i n c o r r e c t d r a w i n g s , t h e r e w a s o n l y o n e ( a n 8 6 % i m p r o v e m e n t ) . 5 . D r a w a n o p e n c i r c u i t . ( B e n c h m a r k P 4 . 1 0 C ) ' I P r e t e s t E l P o s t T e s t B r e a k i n L o o p F i g u r e 4 7 C o r r e c t D r a w i n g s f o r Q u e s t i o n 5 B e f o r e t h e u n i t , m o s t s t u d e n t s ( 8 3 % ) a l r e a d y k n e w t h a t a n o p e n c i r c u i t h a s a b r e a k i n i t . A f t e r t h e u n i t , 1 0 0 % o f t h e s t u d e n t s d r e w t h e c i r c u i t c o r r e c t l y . A c c o r d i n g t o t h e t - t e s t t h e c h a n g e i n s c o r e s w a s n o t s i g n i fi c a n t a n d c o u l d h a v e b e e n d u e t o c h a n c e ( p r o b a b i l i t y 0 . 3 4 1 ) . 2 0 1 6 . I f a l i g h t b u l b w a s i n c l u d e d i n t h e c i r c u i t s a b o v e , i n w h i c h i f e i t h e r , w o u l d i t b e l i t ? ( B e n c h m a r k P 4 . 1 0 C ) I P r e t e s t 0 P o s t T e s t C l o s e d C i r c u i t F i g u r e 4 8 C o r r e c t R e s p o n s e f o r Q u e s t i o n 6 A s w i t h t h e o p e n c i r c u i t d r a w i n g , m o s t s t u d e n t s ( 8 2 % ) a l r e a d y k n e w t h a t t h e b u l b w o u l d l i g h t u p i n t h e c l o s e d c i r c u i t o n l y . A f t e r t h e u n i t 1 0 0 % o f t h e m g a v e t h e c o r r e c t r e s p o n s e . A c c o r d i n g t o t h e p e r c e n t a g e s i t l o o k s a s i f t h e u n i t w a s e f f e c t i v e a t b r i n g i n g t h e s t r a g g l e r s u p t o s n u f f . H o w e v e r , t h e t - t e s t i n d i c a t e s t h a t t h e c h a n g e i n s c o r e s c o u l d h a v e b e e n b y c h a n c e ( p r o b a b i l i t y 0 . 1 6 7 ) . 7 . E x p l a i n t h e f o l l o w i n g t e r m s a s t h e y r e l a t e t o t h e c i r c u i t y o u d r e w : v o l t a g e , r e s i s t a n c e a n d c u r r e n t . ( B e n c h m a r k P 4 . 1 0 D ) I P r e t e s t E l P o s t T e s t E l e c t r i c a l P o t e n t i a l P u s h P E o f P r e s s u r e D i f f e r e n c e C u r r e n t F i g u r e 4 9 C o r r e c t R e s p o n s e s f o r t h e V o l t a g e P a r t o f Q u e s t i o n 7 2 0 2 8 6 4 s I P r e t e s t 2 ‘ C l P o s t T e s t P o w e r E l e c t r i c a l V o l t s V a r i e t y o f E n e r g y I n c o r r e c t R e s p o n s e s F i g u r e 5 0 I n c o m p l e t e a n d I n c o r r e c t R e s p o n s e s f o r V o l t a g e P a r t o f Q u e s t i o n 7 V a r i e t y o f H o w M a n y B l o c k a g e F l o w S l o w e d G o i n g H o w M u c h C o r r e c t O h m s B y C u r r e n t A g a i n s t C u r r e n t W i l l R e s p o n s e s C u r r e n t F l o w F i g u r e 5 1 C o r r e c t R e s p o n s e s f o r R e s i s t a n c e P a r t o f Q u e s t i o n 7 I P r e t e s t E 1 P o s t T e s t P r e s s u r e I n c o m p l e t e T h o u g h t F i g u r e 5 2 I n c o r r e c t R e s p o n s e s f o r R e s i s t a n c e P a r t o f Q u e s t i o n 7 2 0 3 I P r e t e s t E l P o s t T e s t F l o w o f F l o w o f E l e c t r o n s C h a r g e d o r P a r t i c l e s E l e c t r i c i t y F i g u r e 5 3 C o r r e c t R e s p o n s e s f o r C u r r e n t P a r t o f Q u e s t i o n 7 1 2 1 0 8 6 I P r e t e s t 4 [ : 1 P o s t T e s t 2 0 D i r e c t i o n E l e c t r i c i t y H o w A m p s L e g a t o o f R u n n i n g E l e c t r i c i t y E l e c t r i c i t y T h r o u g h M o v e s F i g u r e 5 4 I n c o r r e c t R e s p o n s e s f o r C u r r e n t P a r t o f Q u e s t i o n 7 S t u d e n t s s h o w e d m a r k e d i m p r o v e m e n t i n t h e i r u n d e r s t a n d i n g o f b o t h v o l t a g e ( u p f r o m 0 % t o 8 0 % ) a n d r e s i s t a n c e ( 8 0 % i m p r o v e m e n t ) . T h e i r u n d e r s t a n d i n g o f c u r r e n t s h o w e d n o i m p r o v e m e n t . T - t e s t r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e g a i n s i n s c o r e s o n v o l t a g e w e r e s i g n i fi c a n t ( p r o b a b i l i t y 0 . 0 0 0 ) . B u t t h e g a i n s i n r e s i s t a n c e a n d c u r r e n t w e r e n o t ( p r o b a b i l i t i e s o f 0 . 0 5 2 a n d 0 . 0 8 2 r e s p e c t i v e l y ) . 8 . D r a w a s i m p l e b a t t e r y a n d e x p l a i n h o w i t w o r k s . ( B e n c h m a r k s P 4 . 1 0 C a n d P 4 . 1 0 . B ) 2 0 4 I P r e t e s t E l P o s t T e s t T e r m i n a l s E l e c t r o l y t e F i g u r e 5 5 C o r r e c t D e t a i l s o n D r a w i n g f o r Q u e s t i o n 8 I P r e t e s t , E l P o s t T e s t W i r e I n s i d e B a c k w a r d s B a t t e r y F l o w o f E l e c t r o n s F i g u r e 5 6 I n c o r r e c t D e t a i l s o n D r a w i n g f o r Q u e s t i o n 8 W i r e E l e c t r o n F l o w H a l f R e a c t i o n s E l e c t r o n C o n d u c t o r C o n f i g u r a t i o n P r o d u c t i o n F i g u r e 5 7 C o r r e c t E x p l a n a t i o n f o r Q u e s t i o n 8 2 0 5 I P r e t e s t E l P o s t T e s t P o s i t i v e E n d C h a n g e s B a c k w a r d s N o R e s p o n s e T o u c h e s C o i l C h e m i c a l t o F l o w o f M e c h a n i c a l E l e c t r o n s F i g u r e 5 8 I n c o r r e c t E x p l a n a t i o n f o r Q u e s t i o n 8 H u g e g a i n s w e r e s e e n i n t h e t a s k o f d r a w i n g a b a t t e r y a n d e x p l a i n i n g h o w i t w o r k s . T h e t - t e s t c o n fi r m s t h a t g a i n s i n s c o r e s o n t h e d r a w i n g w e r e s i g n i fi c a n t ( p r o b a b i l i t y 0 . 0 0 0 ) . B e f o r e t h e u n i t , t e n s t u d e n t s d r e w a n d l a b e l e d p o s i t i v e a n d n e g a t i v e t e r m i n a l s , b u t n o n e s h o w e d t h e e l e c t r o l y t e o r d i r e c t i o n o f e l e c t r o n fl o w . A f t e r t h e u n i t a l l 1 2 o f t h e s t u d e n t s d r e w a n d l a b e l e d t h e t e r m i n a l s . E l e v e n o f t h e m s h o w e d t h e e l e c t r o l y t e a n d s e v e n t h e d i r e c t i o n o f e l e c t r o n fl o w . A f t e r t h e u n i t s t u d e n t s n o l o n g e r d r e w w i r e s i n s i d e t h e b a t t e r i e s . H o w e v e r , t h e n u m b e r o f s t u d e n t s s h o w i n g b a c k w a r d s e l e c t r o n fl o w d o u b l e d f r o m t w o t o f o u r . T h i s i s p r o b a b l y r e l a t e d t o t e a c h i n g b o t h e l e c t r o l y t i c c e l l s a n d b a t t e r i e s . T h a t p a r t o f t h e u n i t n e e d s t o b e r e w o r k e d a s i t h a s a l s o c a u s e d c o n f u s i o n i n t e r m i n a l n a m e s a n d c h a r g e s . S t u d e n t s ’ w r i t t e n e x p l a n a t i o n s o f h o w t h e b a t t e r y w o r k s s e e m e d t o s h o w s u b s t a n t i a l . H o w e v e r , t - t e s t r e s u l t s s h o w e d t h a t i t c o u l d h a v e b e e n d u e t o c h a n c e ( p r o b a b i l i t y 0 . 1 7 3 0 ) . B e f o r e t h e u n i t t h e r e w a s o n l y o n e c o r r e c t r e s p o n s e a n d f o u r t h a t w e r e p a r t i a l l y c o r r e c t . A f t e r t h e u n i t , t h e r e w e r e 1 4 c o r r e c t r e s p o n s e s , 3 2 5 0 % i m p r o v e m e n t . D e s c r i b i n g o n e a s p e c t o f h o w a b a t t e r y w o r k s , s u c h a s s a y i n g t h a t i o n s a r e p r o d u c e d , c o u n t e d a s o n e r e s p o n s e . S o o n e i n d i v i d u a l s t u d e n t ’ s a n s w e r c o u l d c o u n t a s m o r e t h a n o n e r e s p o n s e o n t h e d a t a c h a r t . 2 0 6 9 . I f y o u w a n t e d t o i n c r e a s e t h e o u t p u t o f a s o l a r p a n e l , w o u l d y o u c o n n e c t t h e i n d i v i d u a l c e l l s i n s e r i e s o r p a r a l l e l ? E x p l a i n . ( B e n c h m a r k P 4 . 1 0 g ) I P r e t e s t C l P o s t T e s t S e fi e s F i g u r e 5 9 C o r r e c t R e s p o n s e s f o r Q u e s t i o n 9 I P r e t e s t E l P o s t T e s t S e r i e s H a s P a r a l l e l O n e P a t h h a s m u l t i p l e p a t h s F i g u r e 6 0 C o r r e c t E x p l a n a t i o n f o r Q u e s t i o n 9 R e f e r r i n g t o a c o l l e c t i o n o f p h o t o v o l t a i c c e l l s a s a s o l a r p a n e l w a s d o n e o n p u r p o s e . I d i d n o t w a n t t o g i v e s t u d e n t s t h e a n s w e r t o q u e s t i o n 2 b y u s i n g t h e t e r m p h o t o v o l t a i c c e l l i n t h i s q u e s t i o n . T h e f a c t t h a t I w a s t a l k i n g o f m a k i n g e l e c t r i c i t y r a t h e r t h a n h e a t i n g w a t e r s h o u l d h a v e b e e n c l e a r d u e t o t h e w o r d i n g o f t h e q u e s t i o n . T - t e s t r e s u l t s s h o w c h a n g e s i n s c o r e s t o b e d u e t o c h a n c e w i t h t h e p r o b a b i l i t y o f c h a n c e f o r t h e e x p l a n a t i o n p o r t i o n o f t h e q u e s t i o n t o b e 0 . 2 9 1 a n d f o r t h e d r a w i n g p o r t i o n 0 . 6 6 6 . G a i n s s e e n b y s t u d e n t s o n t h i s t o p i c a r e z e r o a s f a r a s b e i n g a b l e t o n a m e w h e t h e r 2 0 7 t h e s e r i e s o r p a r a l l e l c i r c u i t w o u l d b e t h e o n e t o g i v e t h e d e s i r e d r e s u l t s . N o t e t h a t 1 2 s t u d e n t s t o o k t h e p o s t t e s t a n d o n l y 1 1 d i d t h e P r e t e s t . F o r b o t h t e s t s , f o u r s t u d e n t s h a d i n c o r r e c t r e s p o n s e s . T h e u n i t n e e d s t o b e t t e r a d d r e s s t h e c o n c e p t o f v o l t a g e s a d d t o g e t h e r i n s e r i e s c i r c u i t s . H o w e v e r , t h e r e w e r e s o m e g a i n s s e e n i n s t u d e n t s b e i n g a b l e t o e x p l a i n w h y a s e r i e s c i r c u i t w o u l d r e s u l t i n a h i g h e r o u t p u t . B e f o r e t h e u n i t o n l y o n e s t u d e n t e x p l a i n e d w h y c o r r e c t l y . A f t e r t h e u n i t , fi v e d i d ( a 4 0 0 % i n c r e a s e ) . I t i s w o r t h n o t i n g h e r e , t h o u g h , t h a t a l t e r t h e u n i t t h e n u m b e r o f i n c o r r e c t r e s p o n s e s w a s a l m o s t t h e s a m e a s i t w a s b e f o r e t h e u n i t . R e c a l l t h a t a s i n g l e c o u l d l i s t m u l t i p l e r e a s o n s a n d e a c h r e a s o n w o u l d c o u n t a s a r e s p o n s e . 1 0 . I f t h e l i g h t s o n y o u r C h r i s t m a s t r e e w e r e w i r e d i n s e r i e s , w h a t w o u l d h a p p e n i f o n e o f t h e m b u r n e d o u t ? ( B e n c h m a r k P 4 . 1 0 g ) i I P r e t e s t i D P o s t T e s t | O u t F i g u r e 6 1 C o r r e c t R e s p o n s e s f o r Q u e s t i o n 1 0 I P r e t e s t C l P o s t T e s t A l l W o u l d A l l S a m e B u r n O u t B r i g h t n e s s F i g u r e 6 2 I n c o r r e c t R e s p o n s e s f o r Q u e s t i o n 1 0 2 0 8 M o s t s t u d e n t s a l r e a d y k n e w t h a t a l l t h e l i g h t s w o u l d g o o f f i f t h e y w e r e w i r e d i n s e r i e s . T h e g a i n w a s v i r t u a l l y z e r o s i n c e o n e m o r e p e r s o n t o o k t h e p o s t t e s t t h a n t h e p r e t e s t . A n d t h e t - t e s t a n a l y s i s o f s c o r e s i n d i c a t e s t h e c h a n g e w a s n o t s i g n i fi c a n t ( p r o b a b i l i t y 0 . 5 5 7 ) . I t d o e s s e e m t h a t t h e u n i t w a s s u c c e s s f u l a t c o m m u n i c a t i n g t h a t a b u r n e d o u t b u l b h a s a b r e a k i n t h e c i r c u i t ( a b r o k e n fi l a m e n t ) a s n o s t u d e n t s m e n t i o n e d t h a t t e r m i n t h e i r r e s p o n s e a f t e r t h e u n i t . O n t h e p o s t t e s t , n i n e o f t h e t w e l v e s t u d e n t s , o r 7 5 % , g a v e n o e x p l a n a t i o n . T h i s w a s t h e f a u l t o f t h e e v a l u a t i o n i n s t r u m e n t . T h e q u e s t i o n a s i t a p p e a r e d o n t h e p o s t t e s t d i d n o t a s k f o r a n e x p l a n a t i o n . T h e r e f o r e t h e p o s t t e s t d i d n o t s u p p l y t h e d a t a n e c e s s a r y t o t e l l w h e t h e r t h e u n i t w a s s u c c e s s f u l i n t e a c h i n g s t u d e n t s w h y t h e l i g h t s i n a s e r i e s w o u l d g o o u t i f o n e b u r n e d o u t , b u t w o u l d s t a y l i t i n a p a r a l l e l c i r c u i t . 2 0 9 A P P E N D I X I I I I B u i l d i n g a P h o t o v o l t a i c C e l l P o s t - L a b Q u e s t i o n s T o A c c o m p a n y “ D i s c u s s i o n ” H a n d o u t 1 . W h y a r e s o l i d - s t a t e s o l a r c e l l s s o e x p e n s i v e ? 2 . W h a t i s s o g r e a t a b o u t d y e - s e n s i t i z e d s o l a r c e l l s ? 3 . C o n s i d e r i n g t h e a n o d e , w h i c h w a s c o a t e d w i t h n a n o c r y s t a l l i n e t i t a n i u m o x i d e a n d l a t e r d y e d w i t h h i b i s c u s , a ) W h a t w a v e l e n g t h s d o e s u n d y e d t i t a n i u m o x i d e a b s o r b ? b ) W h a t w a v e l e n g t h s d o e s i t a b s o r b a f t e r b e i n g d y e d ? c ) W h a t w a s t h e r e a s o n f o r u s i n g a n a n o c r y s t a l l i n e f o r m o f T i O z ? 4 . T h e f u n c t i o n i n g o f t h e d y e - s e n s i t i z e d s o l a r c e l l i s s i m i l a r t o t h e f u n c t i o n i n g o f w h i c h b i o l o g i c a l p r o c e s s ? 5 . W h y d o l e a v e s l o o k r e d a n d o r a n g e i n t h e f a l l ? 2 1 0 6 . I n t h e p h o t o v o l t a i c c e l l t h a t w e m a d e , w h a t i s t h e f u n c t i o n o f t h e a ) d y e ? b ) t i t a n i u m o x i d e ( a n o d e ) ? c ) i o d i n e / p o t a s s i u m i o d i d e e l e c t r o l y t e ? d ) g r a p h i t e c a t h o d e ? 7 . W h a t c a u s e s t h e e l e c t r o n s t o fl o w f r o m t h e a n o d e t o t h e c a t h o d e t h r o u g h t h e v o l t m e t e r ( o r s o m e e x t e r n a l c i r c u i t t h a t w o u l d p o w e r y o u r l i g h t s ) ? T H I N K O F W H A T W E L E A R N E D I N T H I S C H A P T E R . 2 1 1 B u i l d i n g a P h o t o v o l t a i c C e l l P o s t - L a b Q u e s t i o n s T o A c c o m p a n y “ D i s c u s s i o n ” H a n d o u t 1 . W h y a r e s o l i d - s t a t e s o l a r c e l l s s o e x p e n s i v e ? T h e y r e q u i r e l a r g e , h i g h p u r i t y s i l i c o n c r y s t a l s f o r g r e a t e s t e f f i c i e n c y . T h e s e c r y s t a l s a r e v e r y e x p e n s i v e , b o t h t h e r a w m a t e r i a l s a n d t h e m a n u f a c t u r e . 2 . W h a t i s s o g r e a t a b o u t d y e - s e n s i t i z e d s o l a r c e l l s ? T h e t w o f u n c t i o n s o f l i g h t a b s o r p t i o n a n d e l e c t r o n t r a n s f e r a n d s e p a r a t e , s o c a n b e e n g i n e e r e d f o r m a x i m u m e f fi c i e n c y s e p a r a t e l y . 3 . C o n s i d e r i n g t h e a n o d e , w h i c h w a s c o a t e d w i t h n a n o c r y s t a l l i n e t i t a n i u m o x i d e a n d l a t e r d y e d w i t h h i b i s c u s , a . W h a t w a v e l e n g t h s d o e s u n d y e d t i t a n i u m o x i d e a b s o r b ? U l t r a v i o l e t b . W h a t w a v e l e n g t h s d o e s i t a b s o r b a f t e r b e i n g d y e d ? V i s i b l e c . W h a t w a s t h e r e a s o n f o r u s i n g a n a n o c r y s t a l l i n e f o r m o f T i O z ? I t p r o v i d e s m o r e s u r f a c e a r e a s o m o r e l i g h t i s a b s o r b e d . 4 . T h e f u n c t i o n i n g o f t h e d y e - s e n s i t i z e d s o l a r c e l l i s s i m i l a r t o t h e f u n c t i o n i n g o f w h i c h b i o l o g i c a l p r o c e s s ? I t i s s i m i l a r t o t h e w a y c h l o r o p h y l l m a k e s u s e o f l i g h t i n p h o t o s y n t h e s i s . 5 . W h y d o l e a v e s l o o k r e d a n d o r a n g e i n t h e f a l l ? T h o s e p i g m e n t s a r e a l w a y s t h e r e , b u t a r e n o r m a l l y m a s k e d b y t h e g r e e n c o l o r o f c h l o r o p h y l l . I n t h e f a l l w h e n t h e c h l o r o p h y l l i s i n a c t i v a t e d y o u c a n s e e t h r o u g h i t t o t h e o r a n g e a n d r e d . 2 1 2 6 . I n t h e p h o t o v o l t a i c c e l l t h a t w e m a d e , w h a t i s t h e fi m c t i o n o f t h e a . d y e ? I t a b s o r b s v i s i b l e l i g h t a n d e l e c t r o n s i n t h e a t o m s o f d y e a r e p r o m o t e d f r o m t h e g r o u n d l e v e l t o a h i g h e r e n e r g y l e v e l . b . t i t a n i u m o x i d e ( a n o d e ) ? I t o x i d i z e s t h e d y e ( t a k e s a n e l e c t r o n a w a y f r o m i t ) . c . i o d i n e / p o t a s s i u m i o d i d e e l e c t r o l y t e ? I t i s a r e d o x c a t a l y s t . T h e i o d i d e a n i o n d o n a t e s e l e c t r o n s t o t h e d y e . d . g r a p h i t e c a t h o d e ? T h e g r a p h i t e r e d u c e s I ; t o I ' b y u s i n g t h e e l e c t o n s t r a v e l i n g t o i t f r o m t h e a n o d e . 7 . W h a t c a u s e s t h e e l e c t r o n s t o fl o w f r o m t h e a n o d e t o t h e c a t h o d e t h r o u g h t h e v o l t m e t e r ( o r s o m e e x t e r n a l c i r c u i t t h a t w o u l d p o w e r y o u r l i g h t s ) ? T H I N K O F W H A T W E L E A R N E D I N T H I S C H A P T E R . T h e p o t e n t i a l d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e t i t a n i u m o x i d e a n d t h e g r a p h i t e c a u s e s t h e m o v e m e n t o f e l e c t r o n s . 2 1 3 R A W D A T A A N D A N A L Y S I S F R O M B U I L D I N G A P H O T O V O L T A I C C E L L P O S T L A B Q U E S T I O N S T h e d a t a b e l o w w a s g a t h e r e d f o r t h e p u r p o s e o f a n a l y z i n g s t u d e n t m o t i v a t i o n r a t h e r t h a n m a s t e r y o f a n y b e n c h m a r k s . S c o r e s E a r n e d o n J u s t t h e N u m b e r o f Q u e s t i o n s A t t e m p t e d J u s t f o r t h e A s s i g n m e n t s A s s i g n m e n t s T h a t W e r e T u r n e d I n T h a t W e r e T u r n e d I n 6 / 1 2 = 5 0 % 1 1 / 1 2 = 9 2 % 8 . 5 / 1 2 = 7 1 % 1 1 / 1 2 = 9 2 % 7 . 5 / 1 2 = 6 3 % 1 2 / 1 2 = 1 0 0 % 3 / 1 2 = 2 5 % 9 / 1 2 = 7 5 % 1 / 1 2 = 8 % 4 / 1 2 = 3 3 % 2 . 5 / 1 2 = 2 1 % 7 / 1 2 = 5 8 % 4 / 1 2 = 3 3 % 1 0 / 1 2 = 8 3 % 8 / 1 2 = 6 7 % 1 2 / 1 2 = 1 0 0 % 8 / 1 2 = 6 7 % 1 2 / 1 2 = 1 0 0 % 0 / 1 2 = 0 % ( l a t e ) f o r g o t t o r e c o r d t h i s d a t a f o r t h e l a t e p a p e r 1 0 . 5 / 1 2 = 8 8 % 1 2 / l 2 = 1 0 0 % A v e r a g e S c o r e : 4 5 % A v e r a g e P e r c e n t a g e A t t e m p t e d : 8 3 % T a b l e 2 1 R e s p o n s e s o n P h o t o v o l t a i c C e l l P o s t L a b Q u e s t i o n s N u m b e r o f S t u d e n t s T h a t H a n d e d T h e A s s i g n m e n t I n N u m b e r o f S t u d e n t s T h a t D I D N O T H a n d t h e A s s i g n m e n t I n l l 2 T a b l e 2 2 N u m b e r o f A s s i g n m e n t s T u r n e d I n 2 1 4 A n s w e r s f o r e v e r y q u e s t i o n o n t h e p o s t l a b c o u l d b e f o u n d o n a s h e e t t h a t I g a v e t o t h e s t u d e n t s . I t w a s t h e d i s c u s s i o n s e c t i o n o f F l i n n ’ s l a b p u b l i c a t i o n t h a t c o m e s w i t h t h e k i t f o r b u i l d i n g p h o t o v o l t a i c c e l l s . ( S e e t h e i m p l e m e n t a t i o n s e c t i o n f o r m o r e i n f o r m a t i o n . ) T h e d i s c u s s i o n s h e e t c o n t a i n e d a d e t a i l e d e x p l a n a t i o n o f d y e - s e n s i t i z e d p h o t o v o l t a i c c e l l s , w h i c h i s t h e t y p e t h a t w e m a d e . I t a l s o c o n t a i n e d a d i a g r a m e x p l a i n i n g t h e f u n c t i o n o f v a r i o u s c o m p o n e n t s o f t h i s t y p e o f P V c e l l . I a s k e d s t u d e n t s t o c o p y t h e l a b e l e d d i a g r a m o f f t h e d i s c u s s i o n s h e e t b e f o r e a t t e m p t i n g t o a n s w e r t h e p o s t l a b q u e s t i o n s . A l l o f t h e q u e s t i o n s , e x c e p t t h e v e r y l a s t o n e , c o u l d b e a n s w e r e d b y j u s t r e a d i n g t h e d i s c u s s i o n c a r e f u l l y a n d l o o k i n g o v e r t h e d i a g r a m . T h e l o w s c o r e s ( a v e r a g e 4 5 % ) s e e m t o i n d i c a t e v e r y l o w m o t i v a t i o n . T h r e e s t u d e n t s r e c e i v e d z e r o s , t w o o f t h e m b e c a u s e t h e y d i d n o t t u r n i n t h e a s s i g n m e n t , a n d o n e b e c a u s e h e t u r n e d i t i n l a t e . T h e a v e r a g e s c o r e o f 4 5 % d o e s n o t i n c l u d e t h e z e r o s c o r e s o f t h e t w o a s s i g n m e n t s t h a t w e r e n o t t u r n e d i n . O f t h e t e n s t u d e n t s t h a t t u r n e d t h e a s s i g n m e n t i n , o n l y f o u r o f t h e m a t t e m p t e d t o a n s w e r a l l 1 2 q u e s t i o n s . M a n y o f t h e q u e s t i o n s t h a t w e r e a n s w e r e d a p p e a r t o b e t h i n g s t h a t j u s t c a m e o f f t h e t o p o f t h e i r h e a d s , w i t h l i t t l e t h o u g h t a n d n o r e a d i n g t i m e i n v e s t e d . F o r e x a m p l e , “ W h a t w a v e l e n g t h s d o e s u n d y e d t i t a n i u m o x i d e a b s o r b ? ” O n e r e s p o n s e w a s “ N o n e ” . T h e a c t u a l a n s w e r a s g i v e n i n t h e r e a d i n g w a s “ v i s i b l e l i g h t ” . A n o t h e r q u e s t i o n a s k e d , “ W h y a r e s o l i d s t a t e s o l a r c e l l s s o e x p e n s i v e ? ” O n e r e s p o n s e , “ B e c a u s e t h e y t r a n s f e r s u n l i g h t t o e l e c t r i c i t y . ” T h e a c t u a l a n s w e r a s g i v e n i n t h e r e a d i n g w a s “ T h e y r e q u i r e l a r g e , h i g h p u r i t y s i l i c o n c r y s t a l s . ” T h e r e i s a c h a n c e t h a t s o m e o f t h e s t u d e n t s d i d t h e i r b e s t o n t h e a s s i g n m e n t , b u t a r e n o t a b l e t o r e a d c a r e f u l l y o r m a k e s e n s e o f w h a t t h e y r e a d . 2 1 5 C R I T I Q U E O F T E C H N I Q U E O F A N A L Y Z I N G P O S T L A B Q U E S T I O N S F O R B U I L D I N G A P H O T O V O L T A I C C E L L S i m p l y t a b u l a t i n g s t u d e n t s ’ s c o r e s a n d n u m b e r s o f q u e s t i o n s a t t e m p t e d d o e s n o t g i v e i n s i g h t i n t o f a c t o r s t h a t m a y h a v e c o n t r i b u t e d t o t h e l o w s c o r e s . P e r h a p s i t w o u l d h a v e b e e n v a l u a b l e t o h a n d o u t a q u e s t i o n n a i r e i n c l a s s a f t e r s t u d e n t s h a d r e c e i v e d t h e a s s i g n m e n t b a c k . T h e q u e s t i o n n a i r e c o u l d a s k t h e m w h a t f a c t o r s t h e y t h o u g h t p l a y e d a r o l e i n t h e i r l o w s c o r e . P o s s i b l e a n s w e r s c o u l d b e : I f o r g o t t o d o t h e a s s i g n m e n t l a s t n i g h t , s o I d i d i t q u i c k b e f o r e c l a s s . I d i d n ’ t k n o w w e w e r e s u p p o s e d t o r e a d t h e h a n d o u t . I d i d n ’ t d r a w t h e l a b e l e d d i a g r a m b e f o r e t r y i n g t o a n s w e r t h e q u e s t i o n s . I c o u l d n ’ t f i n d s o m e o f t h e a n s w e r s i n t h e h a n d o u t . W e h a d a n a w a y g a m e l a s t n i g h t . I w a s w a t c h i n g T V w h i l e d o i n g t h e a s s i g n m e n t . I d i d n ’ t r e a d c a r e f u l l y e n o u g h . I t h i n k i t w o u l d b e b e s t n o t t o p u t t h e s e p o s s i b l e a n s w e r s d o w n f o r t h e m t o c h e c k o f f a s e x c u s e s , b u t r a t h e r l e a v e i t o p e n f o r t h e m t o w r i t e i n t h e i r o w n r e s p o n s e . I t i s s o m u c h e a s i e r t o c h e c k o f f a p r i n t e d r e s p o n s e t h a n t o w r i t e y o u r o w n , t h a t i t s e e m s s t u d e n t s w o u l d d o t h a t e v e n i f n o n e o f t h e m r e a l l y m a t c h e d t h e r e a s o n t h e y d i d n ’ t d o w e l l . O f c o u r s e , t h e r e i s n o g u a r a n t e e e i t h e r w a y t h a t s t u d e n t s w i l l a n s w e r t r u t h fi i l l y . T h e r e i s a l s o n o g u a r a n t e e t h a t s t u d e n t s k n o w w h y t h e y d i d n o t d o w e l l . A n o t h e r p o s s i b l e w a y t o i n v e s t i g a t e t h e c a u s e o f t h e l o w s c o r e s c o u l d b e t o d o t h e a s s i g n m e n t i n c l a s s r a t h e r t h a n a s h o m e w o r k . T h a t w a y I c o u l d o b s e r v e s t u d e n t s t o s e e w h e t h e r t h e y w e r e a c t u a l l y r e a d i n g t h e a r t i c l e a n d d r a w i n g t h e l a b e l e d d i a g r a m . T h e y c o u l d r a i s e t h e i r h a n d i f t h e y w e r e h a v i n g t r o u b l e i n t e r p r e t i n g a p a s s a g e o r fi n d i n g a n 2 1 6 a n s w e r . H o w e v e r , I h a v e o b s e r v e d t h a t s o m e s t u d e n t s t h a t d o w o r k i n c l a s s d o n o w o r k o u t s i d e o f c l a s s . T h i s w a y o f g a t h e r i n g m o r e d a t a m a y n o t h e l p w i t h t h e i n v e s t i g a t i o n o f t h o s e s t u d e n t s ’ r e a s o n s . 2 1 7 A P P E N D I X I I I J E L E C T R I C I T Y P O S T S U R V E Y 1 . W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t r e a l l y e n g a g e d y o u ? E x p l a i n . 2 . W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t w a s b o r i n g ? E x p l a i n . 3 . W h a t d i d y o u l e a r n t h a t y o u a r e l i k e l y t o r e m e m b e r a l o n g t i m e o r m a k e u s e o f i n t h e f u t u r e ? 4 . W h y d o y o u t h i n k t h e i t e m s y o u l i s t e d i n # 3 a b o v e e n d e d u p b e i n g t h e t h i n g s y o u w i l l r e m e m b e r o r m a k e m o s t u s e o f ‘ . 7 2 1 8 E L E C T R I C I T Y U N I T R A W D A T A F R O M P O S T S U R V E Y . W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t r e a l l y e n g a g e d y o u ? E x p l a i n . L a b s i n G e n e r a l ( h a n d s - o n ) 4 s t u d e n t s g a v e t h i s r e s p o n s e . “ I l e a r n e d s o m u c h a b o u t w h a t t h i n g s a r e . ” “ I t e n d t o l e a r n b e t t e r a n d f o l l o w d i r e c t i o n s b e t t e r i f I h a v e t h i n g s t o l o o k a t a n d w o r k w i t h . B o o k w o r k i n g i s s o m e t i m e s c o n f u s i n g a n d h a r d e r t o u n d e r s t a n d . ” “ A l l t h e h a n d s - o n l a b s ( a n d p o c k e t l a b s ) . ” “ T h e l a b s m o s t l y . ” ( A n d t h e n h e w e n t o n t o t a l k a b o u t b u i l d i n g c i r c u i t s . ) “ T h e t h i n g t h a t d r e w m y a t t e n t i o n t h e m o s t w o u l d h a v e t o b e w h e n w e w e r e d o i n g h a n d s - o n t h i n g s . I t h e l p s m e t h e m o s t i f I c a n s e e w h a t i s g o i n g o n . ” N o t e s 1 s t u d e n t g a v e t h i s r e s p o n s e . “ A l s o a l o t o f t h e n o t e s . ” ( T h i s c a m e s e c o n d a f t e r t h e s t u d e n t m e n t i o n e d l a b s . ) B u i l d i n g C i r c u i t s ( h a n d s - o n ) 7 s t u d e n t s g a v e t h i s r e s p o n s e . “ I a l w a y s l i k e i t . ” “ A c t u a l l y b u i l d i n g t h e c i r c u i t s . . . I t w a s f u n t o h a v e a h a n d s - o n e x p e r i e n c e w i t h i t . ” “ B e c a u s e i t w a s t h e m o s t h a n d s - o n . ” “ W h e n w e m a d e e l e c t r i c i t y fl o w f r o m t h e b a t t e r y a n d l i g h t t h e l i g h t b u l b s . ” “ I t r e a l l y m a d e m e g e t i n v o l v e d b e c a u s e i t w a s h a n d s - o n . I t r e a l l y h e l p e d m e u n d e r s t a n d h o w c i r c u i t s w o r k . ” “ B u i l d i n g t h e v a r i o u s p a r a l l e l c i r c u i t s a n d s e r i e s c i r c u i t s . I t w a s a f u n w a y o f l e a r n i n g a n d h a n d s - o n e x p e r i e n c e . ” “ T h e l a b s r e a l l y h e l p i n u n d e r s t a n d i n g t h e c o n c e p t s . ” B u i l d i n g t h e P h o t o v o l g t i c C e l l s ( h a n d s - o n , a l t e r n a t i v e e n e r g y ) 2 s t u d e n t s g a v e t h i s r e s p o n s e . “ E v e n i f t h e y d i d n ’ t w o r k . ” ( T h e y d i d w o r k ! I ’ m n o t s u r e w h a t s h e m e a n t . ) “ T h e l a b s t r u l y h e l p e d i n u n d e r s t a n d i n g t h e c o n c e p t s . ” D r a w i n g s 1 s t u d e n t g a v e t h i s r e s p o n s e . “ T h e d r a w i n g s h e l p e d m e u n d e r s t a n d t h e c o n c e p t s t o o . ” M a t h E q u a t i o n s 1 s t u d e n t g a v e t h i s r e s p o n s e “ F i g u r i n g o u t w h a t m a k e s u p t h e p o w e r o r h o w y o u g e t r e s i s t a n c e . L e a r n i n g 2 1 9 a b o u t v o l t s , o h m s , w a t t s , a m p s . ” F u e l C e l l s ( a l t e r n a t i v e e n e r g y ) 1 s t u d e n t g a v e t h i s r e s p o n s e . “ A b o u t h o w f u e l c e l l s c a n ’ t b e t h e n e x t g r e a t e s t t h i n g i n h e l p i n g t o r e d u c e e m i s s i o n s f r o m c a r s . ” C a r B a t t e r i e s 1 s t u d e n t g a v e t h i s r e s p o n s e . “ T h e w h o l e p a r t o f l e a r n i n g a b o u t h o w c a r b a t t e r i e s w o r k . ” 2 . W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t w a s b o r i n g ? E x p l a i n . N g t l fl g 2 s t u d e n t s g a v e t h i s r e s p o n s e . “ B e c a u s e i t a l l r e l a t e d t o r e a l l i f e . ” “ I f e e l p r e t t y m u c h e v e r y t h i n g w a s i n f o r m a t i v e , n o t b o r i n g . ” fi a d i n g o u t o f t h e B o o k 1 s t u d e n t g a v e t h i s r e s p o n s e . “ I ’ d r a t h e r t a k e n o t e s o r d o a l a b , b e c a u s e h a v i n g o t h e r p e o p l e r e a d d o e s n ’ t d o m u c h f o r m y u n d e r s t a n d i n g . I ’ d r a t h e r r e a d i t a t h o m e m y s e l f . ” M a t h 2 s t u d e n t s g a v e t h i s r e s p o n s e . “ T h e m a t h , I g u e s s . B u t i t s h a r d t o m a k e m a t h e x c i t i n g . I w a s j u s t k i n d o f c o n f u s e d . ” “ P r o b l e m s o u t o f t h e b o o k . ( I l i k e i t w h e n t h e t e a c h e r d o e s p r a c t i c e p r o b l e m s f o r u s . ) ” F u e l C e l l s ( a l t e r n a t i v e e n e r g y ) 1 s t u d e n t g a v e t h i s r e s p o n s e . “ L e a r n i n g a b o u t f u e l c e l l s w a s n o t o n l y b o r i n g , b u t h a r d t o u n d e r s t a n d . T h e r e f o r e I d i d n ’ t t a k e t h e t i m e t o u n d e r s t a n d . ” N o t e s 3 s t u d e n t s g a v e t h i s r e s p o n s e . “ P r o b a b l y t a k i n g t h e s a m e n o t e s o v e r a n d o v e r a g a i n . I t h e l p e d i n t h e l o n g r u n , b u t i t w a s s t i l l b o r i n g . ” “ I d o n ’ t m i n d n o t e s , b u t t h e r e w a s a l o t . I u s e d u p h a l f o f m y n o t e b o o k . ” “ S o m e s e e m e d r e p e t i t i o u s a n d l o n g . ” P e n n y . N i c k e l , E l e c t r o l y t e L a b ( h a n d s - o n ) 2 s t u d e n t s g a v e t h i s r e s p o n s e . T h e y a r e r e f e r r i n g t o t h e V o l t a i c P i l e L a b . “ B e c a u s e i t w a s n ’ t v e r y i n v o l v e d . A l s o t h e p u r p o s e w a s n ’ t a p p e a l i n g t o m e . ” 2 2 0 “ T h e s a l t p e n n i e s . ” M i d d l e S c h o o l P a c k e t s 1 s t u d e n t g a v e t h i s r e s p o n s e . “ B e c a u s e t h e y w e r e s o e a s y . E v e n t h o u g h t h o s e p a c k e t s w e r e s o b o r i n g , I t h i n k i t r e f r e s h e d a n d h e l p e d m e u n d e r s t a n d w h a t w a s g o i n g o n . ” D r a w i n g s 1 s t u d e n t g a v e t h i s r e s p o n s e . “ S o m e o f t h e d r a w i n g s w e r e a l i t t l e c o n f u s i n g b e c a u s e t h e r e ’ s j u s t s o m u c h g o i n g o n , a n d n o t e n o u g h r o o m o n t h e p a p e r . ” H y b r i d C a r s ( a l t e r n a t i v e e n e r g y ) 1 p e r s o n g a v e t h i s r e s p o n s e . “ I d i d n o t t h i n k t h e s t u f f a b o u t a l l t h e p l e b i c h y b r i d c a r . ” ( i n c o m p l e t e t h o u g h t ? ) P h o t o v o l t a i c L a b ( h a n d s - o n a n d a l t e r n a t i v e e n e r g y ) 1 p e r s o n g a v e t h i s r e s p o n s e . T h e r e w e r e n o c o m m e n t s . W o r k s h e e t s 1 p e r s o n g a v e t h i s r e s p o n s e . “ B e c a u s e I l i k e b e i n g a c t i v e a n d b u i l d i n g s t u f f a n d s e e i n g h o w t h i n g s a r e p u t t o g e t h e r . ” 3 . W h a t d i d y o u l e a r n t h a t y o u a r e l i k e l y t o r e m e m b e r a l o n g t i m e o r m a k e u s e o f i n t h e f u t u r e ? H o w a B a t t e g W o r k s 3 s t u d e n t s g a v e t h i s r e s p o n s e . T h e r e w e r e n o c o m m e n t s . H o w a C a r B a t t e g W o r k s 3 s t u d e n t s g a v e t h i s r e s p o n s e . “ A n d h o w t o d r a w o n e . ” “ T h e c a r b a t t e r y d e m o , I c o u l d p r o b a b l y u s e a g a i n . ” “ V e r y h e l p f u l i n t h e f u t u r e . ” H o w t o B u i l d a P h o t o v m i c C e l l ( a l t e r n a t i v e e n e r g y a n d h a n d s - o n ) 1 s t u d e n t g a v e t h i s r e s p o n s e . “ B e c a u s e i t w a s i n t e r e s t i n g a n d h a d a l o t o f p r e c i s e s t e p s . ” F u e l C e l l ( a l t e r n a t i v e e n e r g y ) 5 s t u d e n t s g a v e t h i s r e s p o n s e . “ S t u f f a b o u t i t . ” 2 2 1 " T h e p o s s i b i l i t y o f g e t t i n g a f u e l c e l l s i n c e i t i s b e t t e r f o r t h e e n v i r o n m e n t . ” “ V e r y h e l p f u l i n t h e f u t u r e . ” C i r c u i t s ( s o m e r e f e r r e d t o h a n d s - o n ) 5 s t u d e n t s g a v e t h i s r e s p o n s e . “ H o w t h e y w o r k . ” “ C i r c u i t b u i l d i n g . ” “ S c h e m a t i c s y m b o l s a n d h o w t o u s e t h e m t o m a k e a d r a w i n g . ” “ H o w a s e r i e s a n d p a r a l l e l c i r c u i t w o r k s , a n d w h i c h o n e t o u s e i n a c e r t a i n s i t u a t i o n . ” “ S e r i e s a n d p a r a l l e l c i r c u i t s a l w a y s h a v e a r o l e i n p e o p l e ’ s l i v e s . ” E n e r g y E f fi c i e n t C a r s ( a l t e r n a t i v e e n e r g y ) 2 s t u d e n t s g a v e t h i s r e s p o n s e . “ A b o u t e n e r g y e f fi c i e n t c a r s . ” “ I ’ l l p r o b a b l y g e t a h y b r i d w h e n I ’ m o l d e r i f t h e y h a v e n ’ t c o m e u p w i t h s o m e t h i n g b e t t e r b y t h e t i m e I c a n a f f o r d m y o w n c a r . ” A l t e r n a t i v e E n e r g y S o u r c e s ( a l t e r n a t i v e e n e r g y ) 1 s t u d e n t g a v e t h i s r e s p o n s e . T h e r e w e r e n o c o m m e n t s . _ m t h E q u a fi o n s 1 s t u d e n t g a v e t h i s r e s p o n s e . “ P = V I , V = I R , E = P t ” R e s i s t a n c e 2 s t u d e n t s g a v e t h i s r e s p o n s e . “ L o n g e r w i r e m a k e s m o r e r e s i s t a n c e t h a n a s h o r t w i r e . B i g g e r w i r e i s l e s s r e s i s t a n c e t h a n s k i n n y w i r e . ” “ A l l t h e i n f o r m a t i o n a b o u t r e s i s t a n c e w a s u s e f u l . ” V o l t a g e 1 s t u d e n t g a v e t h i s r e s p o n s e . “ H o w i t i s r e a l l y i m p o r t a n t a n d c a n c h a n g e . ” E l e c t r i c i t y 1 s t u d e n t g a v e t h i s r e s p o n s e . “ A l l t h e i n f o r m a t i o n o n e l e c t r i c i t y I l e a r n e d . ” 4 . W h y d o y o u t h i n k t h e i t e m s y o u l i s t e d i n # 3 a b o v e e n d e d u p b e i n g t h e t h i n g s y o u w i l l r e m e m b e r m o s t o r m a k e m o s t u s e o f ? I n t e r e s t i n g 3 s t u d e n t s g a v e t h i s r e s p o n s e . " T h e c a r b a t t e r y i s j u s t i n t e r e s t i n g t o m e . ” 2 2 2 “ T h e y w e r e t h i n g s t h a t m o s t i n t e r e s t e d m e ( c i r c u i t b u i l d i n g , a l t e r n a t i v e e n e r g y s o u r c e s , f u e l c e l l s , h y b r i d c a r s ) a n d s o m e t h i n g I fi n d i n t e r e s t i n g i s e a s i e r t o r e m e m b e r t h a n s o m e t h i n g b o r i n g . ” “ B e c a u s e i t i n t e r e s t e d m e . ” ( f u e l c e l l a n d b a t t e r y ) E n v i r o n m e n t a l T e c h n o l o g y ( a l t e r n a t i v e e n e r g y ) 1 s t u d e n t g a v e t h i s r e s p o n s e . “ T h e f u e l c e l l i s g o i n g t o b e t h e n e x t g r e a t e s t t h i n g t o s t o p g l o b a l c l i m a t e c h a n g e a n d r e d u c e e m i s s i o n s . ” P h y s i c a l ( h a n d s - o n ) 1 s t u d e n t g a v e t h i s r e s p o n s e . “ B e c a u s e t h e w e r e p h y s i c a l . I c o u l d s e e a n d t o u c h t h e m a n d o b s e r v e h o w t h i n g s w o r k e d . ” ( p h o t o v o l t a i c c e l l b u i l d i n g , h o w a c a r b a t t e r y w o r k s a n d h o w t o d r a w o n e ) U s e f u l 3 s t u d e n t s g a v e t h i s r e s p o n s e . “ I c a n u s e t h e i n f o I l e a r n e d a b o u t b a t t e r i e s a n d e l e c t r i c i t y w h e n I l e a v e t h e c l a s s r o o m . ” “ B e c a u s e I d o n ’ t n e e d t o k n o w e x a c t l y h o w a f u e l c e l l w o r k s . ” ( S h e d i d n o t l i s t f u e l c e l l i n # 3 . ) “ B e c a u s e I w a n t t o b e a t e a c h e r s o j u s t k n o w i n g t h e b a s i c s a n d r e m e m b e r i n g t h e m w i l l b e n e fi t m e t h e m o s t . ” “ T h e y ( s c h e m a t i c s y m b o l s ) c a n b e u s e f u l f o r e l e c t r i c i a n s a n d e n g i n e e r s . ” E v e r y d a y L i f e 3 s t u d e n t s g a v e t h i s r e s p o n s e . “ B e c a u s e t h e y a r e t h e t h i n g s t h a t c o m e u p i n e v e r y d a y l i f e , n o t j u s t s c i e n c e . ” “ I k n o w I c a n u s e t h e m ( r e s i s t a n c e a n d v o l t a g e ) i n e v e r y d a y l i f e a s I g r o w o l d e r . ” “ B e c a u s e I w i l l a l w a y s u s e b a t t e r i e s . T h e y a r e i m p o r t a n t t h i n g s i n m y l i f e , w e u s e t h e m p r a c t i c a l l y e v e r y w h e r e . ” S i m p l e 2 s t u d e n t s g a v e t h i s r e s p o n s e . “ B e c a u s e i t ( s c h e m a t i c s y m b o l s ) w a s a s i m p l e c o n c e p t t o u n d e r s t a n d . ” “ E q u a t i o n s l i k e t h i s ( V = I R , P = V I , E = P t ) a r e s i m p l e a n d e a s y . ” B fl l d i n O u r B o o k a 1 s t u d e n t g a v e t h i s r e s p o n s e . “ I t h i n k I w i l l r e m e m b e r r e s i s t a n c e a n d v o l t a g e b e c a u s e w e r e a d i n o u r b o o k s . ” 2 2 3 w o m - s u c u a c E L E C T R I C I T Y U N I T A N A L Y S I S O F D A T A F R O M T H E P O S T S U R V E Y 1 . W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t r e a l l y e n g a g e d y o u ? l 3 H a n d s - O n 5 N o t H a n d s - O n L a b s B u i l d i n g B u i l d i n g C i r c u i t s P V C e l l s N o t e s D r a w i n g s M a t h F u e l C e l l s C a r B a t t e r i e s F i g u r e 6 3 R e s p o n s e s C l a s s i fi e d b y H a n d s - O n 3 A l t e r n a t i v e E n e r g y 6 B o t h B u i l d i n g F u e l C e l l s D r a w i n g s N o t e s P V C e l l s 9 N o t A l t e r n a t i v e E n e r g y L a b s B u i l d i n g M a t h C a r C i r c u i t s E q u a t i o n s B a t t e r i e s F i g u r e 6 4 R e s p o n s e s C l a s s i fi e d b y A l t e r n a t i v e E n e r g y 2 2 4 1 6 P r a c t i c a l 7 _ , - _ _ , _ L _ , _ n A , . . . , - . . I . . . . L . M ” , N d . L a b s B u i l d i n g B u i l d i n g D r a w i n g s F u e l C e l l s C a r N o t e s M a t h C i r c u i t s P V C e l l s B a t t e r i e s E q u a t i o n s F i g u r e 6 5 P r a c t i c a l V e r s u s A c a d e m i c R e s p o n s e s L 5 M e n t a l l y C h a l l e n g i n g I l 1 3 N o t a s M e n t a l l y C h a l l e n g i n g B u i l d i n g M a t h F u e l C e l l s C a r N o t e s L a b s B u i l d i n g D r a w i n g s P V C e l l s E q u a t i o n s B a t t e r i e s C i r c u i t s F i g u r e 6 6 R e s p o n s e s C l a s s i fi e d A c c o r d i n g t o M e n t a l C h a l l e n g e T h i r t e e n r e s p o n s e s m e n t i o n e d h a n d s - o n a c t i v i t i e s . F i v e m e n t i o n e d t h i n g s t h a t w e r e n o t h a n d s - o n . S o 7 2 % o f t h e t h i n g s s t u d e n t s l i s t e d a s b e i n g r e a l l y e n g a g i n g w e r e h a n d s - o n . S t u d e n t s l i s t e d f e w e r a l t e r n a t i v e e n e r g y a c t i v i t i e s a s e n j o y a b l e . D i s r e g a r d i n g t h e a c t i v i t i e s t h a t p a r t l y d e a l t w i t h a l t e r n a t i v e e n e r g y a n d p a r t l y d e a l t w i t h o t h e r t o p i c s , o n l y 2 5 % o f t h e a c t i v i t i e s l i s t e d a s r e a l l y e n g a g i n g d e a l t p r e d o m i n a n t l y w i t h a l t e r n a t i v e e n e r g y . 2 2 5 M i d d l e S c h o o l P a c k e t s N o t H a n d s - O n A n o v e r w h e l m i n g 8 9 % o f t h e 1 8 r e s p o n s e s h a d t o d o w i t h p r a c t i c a l t o p i c s r a t h e r t h a n m o r e a c a d e m i c p u r s u i t s . N o t e t h a t w h e n s t u d e n t s l i s t “ l a b s ” I a m a s s u m i n g t h e y m e a n t h e a c t u a l p h y s i c a l m a n i p u l a t i o n o f e q u i p m e n t a c c o r d i n g t o t h e c o m m e n t s t h e y i n c l u d e d . K e e p i n g t h i s i n m i n d , 7 2 % o f t h e a c t i v i t i e s m e n t i o n e d a s r e a l l y e n g a g i n g r e q u i r e d l i t t l e m e n t a l e f f o r t . 2 . W h a t d i d w e d o i n t h i s c h a p t e r t h a t w a s r e a l l y b o r i n g ? W o r k s h e e t s H y b r i d C a r s D r a w i n g s N o t e s F u e l C e l l s M a t h R e a d i n g T e x t P V L a b H a n d s - O n V o l t a i c P i l e L a b F i g u r e 6 7 R e s p o n s e s C l a s s i fi e d b y H a n d s - O n 2 2 6 H y b r i d C a r s . — - A l t e r n a t i v e E n e r g y 1 , . . . _ _ _ . . _ - . _ _ . - . . . _ . _ . . _ _ _ - . . . . . . _ _ _ _ _ . , _ _ _ - _ _ _ _ _ _ , , l M i d d l e S c h o o l P a c k e t s N o t A l t e r n a t i v e E n e r g y V o l t a i c P i l e L a b M a t h R e a d i n g T e x t P V L a b F u e l C e l l s I I 1 2 3 4 C F i g u r e 6 8 R e s p o n s e s C l a s s i fi e d b y A l t e r n a t i v e E n e r g y W o r k s h e e t s 1 V o l t a i c P i l e L a b N o t e s 9 A c a d e m i c M a t h R e a d i n g T e x t P V L a b H y b r i d C a r s D r a w i n g s 5 P r a c t i c a l M i d d l e S c h o o l F u e l C e l l s 0 1 2 3 4 F i g u r e 6 9 P r a c t i c a l V e r s u s A c a d e m i c R e s p o n s e s 2 2 7 D r a w i n g s 6 N o t A s M e n t a l l y C h a l l e n g i n g M i d d l e S c h o o l P a c k e t s N o t e s R e a d i n g T e x t W o r k s h e e t s P V L a b V o l t a i c P u g L a b 7 M e n t a l l y C h a l l e n g i n g F u e l C e l l s M a t h O 1 2 3 4 F i g u r e 7 0 R e s p o n s e s C l a s s i fi e d A c c o r d i n g t o M e n t a l C h a l l e n g e O n l y 2 1 % o f t h e i t e m s s t u d e n t s l i s t e d a s b o r i n g w e r e h a n d s - o n a c t i v i t i e s . T h i s i s s i m i l a r t o t h e d a t a f o r q u e s t i o n n u m b e r o n e . I n t h e g r a p h t h a t g r o u p e d a c t i v i t i e s a c c o r d i n g t o a l t e r n a t i v e e n e r g y , t h e a c t i v i t i e s t h a t w e r e p a r t l y a l t e r n a t i v e e n e r g y a n d p a r t l y n o t w e r e n o t i n c l u d e d . T h e s e i n c l u d e d n o t e s , d r a w i n g s a n d w o r k s h e e t s . O n l y 3 3 % o f t h e i t e m s m e n t i o n e d a s b o r i n g h a d t o d o w i t h a l t e r n a t i v e e n e r g y . D e c i d i n g w h e t h e r a n a c t i v i t y w a s m o r e p r a c t i c a l o r a c a d e m i c w a s p r e t t y s u b j e c t i v e . H o w e v e r , w i t h t h e w a y t h e a c t i v i t i e s a r e c a t e g o r i z e d a b o v e , 6 4 % o f t h e i t e m s l i s t e d a s b o r i n g w e r e a c a d e m i c a n d 3 6 % w e r e p r a c t i c a l . T h e y h y b r i d c a r a c t i v i t i e s w e r e n o t i n c l u d e d i n t h e g r a p h w h o s e c r i t e r i a i s m e n t a l c h a l l e n g e . T h i s w a s b e c a u s e w a t c h i n g t h e s l i d e s d i d n o t t a k e m u c h m e n t a l e f f o r t , b u t t r y i n g t o u n d e r s t a n d t h e h a l f r e a c t i o n s d i d . T h e d a t a d o e s n o t s h o w a n o t e w o r t h y d i f f e r e n c e b e t w e e n w h e t h e r t h e a c t i v i t y r e q u i r e d s u b s t a n t i a l m e n t a l e f f o r t . 5 4 % o f t h e a c t i v i t i e s l i s t e d a s b o r i n g d i d a n d 4 6 % d i d n o t . 2 2 8 3 . W h a t d i d y o u l e a r n t h a t y o u a r e l i k e l y t o r e m e m b e r a l o n g t i m e ? E l e c t r i c i t y V o l t a g e M a t h E q u a t i o n s ‘ f 2 2 P r a c t i c a l : 2 — : 1 = R e s i s t a n c e — j ‘ l E n e r g y E f f i c i e n t C a r s — i C i r c u i t s 1 F u e l C e l l J I H o w t o B u i l d a P V C e l l _ _ l A l t e r n a t i v e E n e r g y S o u r c e s H o w a C a r B a t t e r y W o r k s I O N . 3 6 ’ o n F i g u r e 7 1 P r a c t i c a l V e r s u s A c a d e m i c R e s p o n s e s M a t h E q u a t i o n s 2 i E n e r g y E f f i c i e n t C a r s - 1 1 D i d N o t L e a r n i n a F u e l C e l l ‘ J H a n d s - O n M a n n e r H o w a C a r B a t t e r y W o r k s — l — | i R e s i s t a n c e . _ i : A l t e r n a t i v e E n e r g y S o u r c e s ‘ — J C l r c u n s . l 4 L e a r n e d b o t h w a y s : . H a n d s - O n a n d N o t H a n d s - H o w t o B u i l d a W C e l l ‘ _ j H o w a B a t t e r y W o r k s q — _ ' V o l t a g e — E l e c t r i c i t y ‘ — i I 0 2 4 6 F i g u r e 7 2 R e s p o n s e s C l a s s i fi e d A c c o r d i n g t o H a n d s - O n 2 2 9 V o l t a g e 1 6 N o t A l t e r n a t i v e E n e r g y E f f i c E E R M a t h l i q ” F e C e c " u V u n t i r c t o “ a e r l t l C i t " i a r u c i i a ° o C e t t l g n ° s e s s y l 8 E f L f i o t r t t l M 7 e S t n e b l u a M t s l e E n a n t t a l i a l f f o r t E l e c t r i c i t y R e s i s t a n c e E n e r g y M a t h E q u a t i o n s C i r c u i t s H o w a C a r B a t t e r y W o r k s A l t e r n a t i v e E n e r g y S o u r c e s E n e r g y E f f i c i e n t C a r s . 9 A l t e r n a t i v e E n e r g y F u e l C e l l H o w t o B u i l d a P V C e l l 0 2 4 6 8 F i g u r e 7 3 R e s p o n s e s C l a s s i fi e d A c c o r d i n g t o A l t e r n a t i v e E n e r g y A l t e r n a t i v e E n e r g y S o u r c e s H o w T o B u i l d a W C e l l H o w a C a r B a t t e r y W o r k s 0 2 4 6 8 F i g u r e 7 4 R e s p o n s e s C l a s s i fi e d A c c o r d i n g t o M e n t a l E f f o r t R e s p o n s e s f o r t h i s q u e s t i o n d e fi n i t e l y l e a n t o w a r d t h e p r a c t i c a l . A l m o s t a l l o f t h e r e s p o n s e s h a v e t o d o w i t h h o w t h i n g s w o r k . ( S e e t h e s t u d e n t s c o m m e n t s i n t h e r a w d a t a 2 3 0 s e c t i o n . ) 8 8 % o f t h e t h i n g s s t u d e n t s f e l t t h e y w o u l d r e m e m b e r a l o n g t i m e h a d t o d o w i t h p r a c t i c a l t h i n g s . T h e r e w e r e r e a l l y n o t o p i c s t h a t w e r e l e a r n e d i n a h a n d s - o n m a n n e r o n l y , e x c e p t f o r t h e s c i e n t i fi c r e s e a r c h s k i l l s a n d e x p e r i m e n t a l d e s i g n s k i l l s . F o r t h o s e t h e s t u d e n t s l e a r n e d b y d o i n g , g o t c o n s t a n t f e e d b a c k f r o m m y s e l f a n d f r o m t h e e q u i p m e n t a n d d a t a . I t s e e m s t h a t e v e n t h o u g h t h e s t u d e n t s w e r e v e r y e n g a g e d i n t h e r e s e a r c h a n d e x p e r i m e n t a l d e s i g n , i t d i d n o t o c c u r t o t h e m t h a t i t w a s a t o p i c i n i t s o w n r i g h t . N o n e o f t h e m m e n t i o n e d i t a s a r e s p o n s e o n t h e p o s t s u r v e y , a l t h o u g h a f e w d i d i n t h e t h e r m o d y n a m i c s p o s t s u r v e y . W h e n s t u d e n t s w e r e e n g a g i n g i n i t , i t w a s i n t h e c o n t e x t o f t h e c u r r e n t t o p i c s u c h a s b a t t e r i e s o r c i r c u i t s . B e c a u s e a l l o f t h e r e s t o f t h e t o p i c s w e r e l e a r n e d e i t h e r a s a c o m b i n a t i o n o f n o t e s , d r a w i n g s , v i d e o s , d e m o n s t r a t i o n s a n d m a t h p r o b l e m s , o r a s h a n d s - o n w i t h n o t e s , d r a w i n g s , v i d e o s , d e m o n s t r a t i o n s a n d m a t h p r o b l e m s , i t w a s n o t p o s s i b l e f o r a n y o f t h e i r o t h e r r e s p o n s e s t o b e l o n g t o a “ l e a r n e d i n a h a n d s - o n w a y o n l y ” c a t e g o r y . F o r t h e t h i n g s s t u d e n t s t h o u g h t t h e y w o u l d r e m e m b e r a l o n g t i m e , 5 6 % w e r e l e a r n e d i n b o t h w a y s a n d 4 4 % w e r e l e a r n e d w i t h o u t a h a n d s - o n c o m p o n e n t . T h i s i s n o t a h u g e d i f f e r e n c e , b u t t h e 1 2 % t h e y d i f f e r b y i s w o r t h n o t i n g . T h e q u e s t i o n o f w h e t h e r s t u d e n t s r e m e m b e r t h i n g s l o n g e r , o r a r e b e t t e r a b l e t o m a k e u s e o f k n o w l e d g e b e t t e r , i f i t w a s l e a r n e d i n a h a n d s - o n m a n n e r w o u l d b e a g o o d q u e s t i o n f o r f u t u r e r e s e a r c h . O n l y 3 6 % o f t h e t h i n g s s t u d e n t s t h o u g h t t h e y w o u l d r e m e m b e r a l o n g t i m e h a d t o d o w i t h a l t e r n a t i v e e n e r g y . B u t a c l e a r m a j o r i t y o f t h e r e s p o n s e s d e a l t w i t h t o p i c s t h a t r e q u i r e d s u b s t a n t i a l m e n t a l e f f o r t t o l e a r n ( 6 8 % ) . O n l y 3 2 % d i d n o t . T h i s a g r e e s w i t h 2 3 1 s o m e e a r l i e r r e s e a r c h d o n e t h a t s u g g e s t s p e o p l e r e m e m b e r t h i n g s l o n g e r i f t h e y h a d t o p u t a l a r g e a m o u n t o f m e n t a l e f f o r t i n t o l e a r n i n g t h e m . 4 . W h y d o y o u t h i n k t h e i t e m s y o u l i s t e d i n # 3 a b o v e e n d e d u p b e i n g t h e t h i n g s y o u w i l l r e m e m b e r m o s t o r m a k e t h e m o s t u s e o f ? R e a d i n T e x t P h y s i c a l E n v i r o n m e n t a l T e c h n o l o g y i n t e r e s t i n g F i g u r e 7 5 E x p l a n a t i o n s o f C h o i c e s f o r Q u e s t i o n 3 T h e t h r e e c a t e g o r i e s t h a t r e c e i v e d t h e m o s t r e s p o n s e s a r e t h i n g s t h e s t u d e n t fi n d s i n t e r e s t i n g , t h i n g s t h a t t h e s t u d e n t p e r c e i v e s a s u s e f u l a n d t h i n g s t h a t r e l a t e t o t h e s t u d e n t ’ s d a i l y l i f e . T h e s e r e s p o n s e s a g r e e w i t h o t h e r r e c e n t e d u c a t i o n a l r e s e a r c h . B e i n g a t e a c h e r I a m a w a r e o f t h e s o r t s o f t h i n g s t h a t r e s e a r c h s a y s m o t i v a t e s t u d e n t s . I c h o s e t h e t o p i c o f a l t e r n a t i v e e n e r g y t o t e a c h t h e p h y s i c s b e n c h m a r k s b e c a u s e I t h o u g h t s t u d e n t s w o u l d fi n d i t f a s c i n a t i n g . I t i s a l s o a v e r y p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n o f t h e r m o d y n a m i c s , o p t i c s a n d e l e c t r i c i t y . T h a t p u t s i t i n t h e u s e f u l c a t e g o r y . S i n c e a l t e r n a t i v e e n e r g y i s i n t h e n e w s e v e r y d a y , a n d s i n c e m a n y s t u d e n t s d r i v e a n d s o a r e e x p e r i e n c i n g t h e h i g h p r i c e o f g a s o l i n e , i t s e e m e d l i k e i t w o u l d r e l a t e t o t h e i r e v e r y d a y l i f e . 2 3 2 H o w e v e r , s t u d e n t s d i d n o t s h o w a s m u c h i n t e r e s t i n t h e t o p i c a s I h a d h o p e d . M o s t a r e u n a w a r e o f m a j o r d a i l y n e w s s t o r i e s . A n d f r o m o u r c l a s s d i s c u s s i o n s , i t w a s p r e t t y c l e a r t h a t a l t h o u g h t h e y d r i v e a n d s o a r e c o n n e c t e d t o t h e l a r g e r w o r l d i n t h a t c o n t e x t , t h e y a r e s t i l l y o u n g e n o u g h t h a t t h e y d o n o t h a v e d i r e c t c o n t a c t w i t h o t h e r a s p e c t s o f a l t e r n a t i v e e n e r g y . A t l e a s t t h e y d o n ’ t s e e t h e m s e l v e s a s h a v i n g d i r e c t c o n t a c t . T h e i r p a r e n t s p a y t h e u t i l i t y b i l l s , p a y t a x e s t o s u p p o r t a w a r t o p r o t e c t o u r o i l s u p p l y , a n d m a k e t h e d e c i s i o n s a b o u t t h e f a m i l y ’ s e n e r g y o p t i o n s . T h e s t u d e n t s s e e m u n i n v o l v e d a n d a l m o s t o b l i v i o u s t o t h e o u t s i d e w o r l d . T h e y d o n o t s e e m t o r e l a t e l e a r n i n g a b o u t a l t e r n a t i v e e n e r g y t o p r o t e c t i n g o u r j o b s f r o m g o i n g o u t o f s t a t e o r o v e r s e a s . A n d o n l y a f e w o f t h e m s e e m t o r e l a t e i t t o p r o t e c t i n g o u r e n v i r o n m e n t . H a v i n g c o m e t o t h e c o n c l u s i o n t h a t t h e t o p i c o f a l t e r n a t i v e e n e r g y i s n o t r e l a t e d c l o s e l y e n o u g h t o t h e s e s t u d e n t s c u r r e n t e v e r y d a y l i f e , t h e q u e s t i o n i s w h a t t o p i c s a r e ? W h a t t o p i c s c o u l d a m a j o r i t y o f t h e c l a s s g e t e x c i t e d a b o u t a n d m o t i v a t e d b y ? A n d c o u l d t h e s e t o p i c s b e u s e d t o t e a c h t h e b e n c h m a r k s e f f e c t i v e l y ? E L E C T R I C I T Y U N I T C R I T I Q U E O F D A T A G A T H E R E D I N P O S T S U R V E Y A N D C R I T I Q U E O F T H E M E T H O D U S E D T O A N A L Y Z E I T I t i s q u e s t i o n a b l e w h e t h e r s t u d e n t s c a n a c c u r a t e l y p r e d i c t w h i c h t h i n g s t h e y w i l l r e m e m b e r a l o n g t i m e . T h e i r r e s p o n s e s i n t h a t s e c t i o n a r e p r o b a b l y m o r e i n d i c a t i v e o f w h i c h t o p i c s t h e y f e e l a r e m o s t u s e f u l o r w e r e e a s y f o r t h e m t o l e a r n . T h e o v e r a l l t r e n d s t h a t s e e m m o s t o b v i o u s a r e d e s c r i b e d b e l o w . T h e s t u d e n t s f o u n d t h e h a n d s - o n a c t i v i t i e s t h e m o s t e n g a g i n g , w i t h b u i l d i n g c i r c u i t s t h e m o s t p o p u l a r o f a l l . 8 9 % o f t h e r e s p o n s e s h a d t o d o w i t h p r a c t i c a l t o p i c s ( a p p l i e d s c i e n c e ) r a t h e r t h a n a c a d e m i c s ( p u r e s c i e n c e ) . T o p i c s l i s t e d a s m o s t e n g a g i n g a l s o 2 3 3 f a v o r e d o n e s t h a t r e q u i r e d r e l a t i v e l y l i t t l e m e n t a l e f f o r t b y a r a t i o o f 1 3 t o 5 . A c c o r d i n g t o t h e s t u d e n t s ’ d a t a , t h e r e s e e m s t o b e a n e g a t i v e c o r r e l a t i o n b e t w e e n a l t e r n a t i v e e n e r g y a n d t h e d e g r e e t o w h i c h t h e a c t i v i t y e n g a g e d s t u d e n t s . A c t i v i t i e s t h e s t u d e n t s c l a s s i fi e d a s b o r i n g w e r e 3 - 1 / 2 t i m e s m o r e l i k e l y t o b e o n e s w h e r e t h e s t u d e n t s w e r e n o t m a n i p u l a t i n g e q u i p m e n t , s u c h a s t a k i n g n o t e s a n d d o i n g m a t h p r o b l e m s o r w o r k s h e e t s . T h e r e w e r e o n l y h a l f a s m a n y a l t e r n a t i v e e n e r g y a c t i v i t i e s l i s t e d a s b o r i n g a s t h o s e t h a t w e r e n o t d i r e c t l y r e l a t e d t o a l t e r n a t i v e e n e r g y . A c a d e m i c a c t i v i t i e s w e r e c l a s s i fi e d a s b o r i n g m o r e o f t e n t h a n p r a c t i c a l t o p i c s b y a r a t i o o f 9 t o 5 . t h e a m o u n t o f m e n t a l e f f o r t r e q u i r e d p l a y e d l i t t l e r o l e . T h e t h i n g s s t u d e n t s a r e m o s t l i k e l y t o r e m e m b e r , a c c o r d i n g t o t h e s t u d e n t s , h a v e t o d o w i t h p r a c t i c a l k n o w l e d g e t h a t r e q u i r e d s u b s t a n t i a l e f f o r t t o a c q u i r e . T o p i c s t h a t w e r e l e a r n e d i n b o t h a h a n d s - o n a n d t r a d i t i o n a l m a n n e r w e r e s l i g h t l y f a v o r e d a s b e i n g m o r e l i k e l y t o b e r e m e m b e r e d b y a r a t i o o f 1 4 t o 1 1 . S t u d e n t s w e r e 1 . 8 m o r e t i m e s l i k e l y t o n a m e a t o p i c t h a t d i d n o t h a v e t o d o w i t h a l t e r n a t i v e e n e r g y a s b e i n g a t o p i c t h e y w o u l d r e m e m b e r f o r a l o n g t i m e . A c c o r d i n g t o t h e s t u d e n t s ’ d a t a , w h e t h e r a t o p i c i s i n t e r e s t i n g , u s e f u l o r r e l a t e d t o t h e i r e v e r y d a y l i f e p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e i n h o w l o n g i t w i l l b e r e m e m b e r e d o r w h e t h e r i t w i l l b e p u t t o u s e . A s m e n t i o n e d e a r l i e r , t h e a c c u r a c y o f s t u d e n t s ’ p r e d i c t i o n s h e r e i s q u e s t i o n a b l e . B e s i d e s t h e u n c e r t a i n t y o f s t u d e n t s ’ p r e d i c t i o n s , t h i s m e t h o d o f i n q u i r y h a s a s e c o n d d r a w b a c k . S o m e s t u d e n t s m a y w r i t e d o w n w h a t t h e y t h i n k t h e t e a c h e r w a n t s t o h e a r . A s a n e x a m p l e , w h e n a s k e d w h a t i n t h i s c h a p t e r s t u d e n t s f o u n d b o r i n g , t w o s t u d e n t s r e s p o n d e d , “ N o t h i n g ” . T h a t i s n o t t o o l i k e l y . I t w a s a l o n g u n i t w i t h l o t s a n d l o t s o f 2 3 4 d i f f e r e n t t y p e s o f a c t i v i t i e s . I ’ m s u r e e v e r y s t u d e n t w o u l d fi n d a t l e a s t o n e o f t h e m b o r i n g . H a v i n g s t u d e n t s l e a v e t h e i r n a m e s o f f t h e s u r v e y m i g h t h e l p t h e p r o b l e m o f n o t a n s w e r i n g t r u t h f u l l y . B u t i f t h e y d o n ’ t i n c l u d e t h e i r n a m e i t w o u l d b e d i f fi c u l t t o a w a r d p o i n t s t o t h e m f o r d o i n g i t . A n d w i t h t h i s g r o u p o f s t u d e n t s , i f t h e r e w e r e n o p o i n t s i n v o l v e d f e w w o u l d b o t h e r fi l l i n g i t o u t . A n d f u r t h e r m o r e , s t u d e n t s p r o b a b l y r e a l i z e t h a t t h e t e a c h e r p r o b a b l y r e c o g n i z e s t h e i r h a n d w r i t i n g . 2 3 5 . i. L i ' s t . . . i a . . . . . . 7 P M A P P E N D I X I I I K E L E C T R I C I T Y : S T U D E N T S E N G A G E M E N T R E P O R T S S A M P L E O F S T U D E N T S ’ E N G A G E M E N T D A T A R E P O R T E a c h c l a s s p e r i o d , a t t h e i r a s s i g n e d t i m e , e a c h s t u d e n t w o u l d l o o k a r o u n d t h e r o o m t o s e e h o w m a n y o f h i s f e l l o w s t u d e n t s s e e m e d t o b e e n g a g e d . H e i n c l u d e d h i m s e l f i n t h e d a t a . O n a p i e c e o f p a p e r t h e s t u d e n t w o u l d r e c o r d t h e d a t e , t i m e , n u m b e r o f s t u d e n t s t h a t s e e m t o b e e n g a g e d , n u m b e r t h a t d o n o t s e e m t o b e e n g a g e d a n d t h e a c t i v i t y t h e s t u d e n t s w e r e s u p p o s e d t o b e p a r t i c i p a t i n g i n . T h i s w a s d o n e t o h e l p m e c o l l e c t d a t a f o r t h i s t h e s i s . S t u d e n t e n g a g e m e n t w a s u s e d a s a m e a s u r e o f m o t i v a t i o n . F i g u r e 7 6 E n g a g e m e n t R e p o r t ( s t u d e n t w o r k ) I a d d e d t h e p h r a s e “ F u e l c e l l l a b e l e d d r a w i n g ” a f t e r c l a s s s o t h a t l a t e r I w o u l d k n o w e x a c t l y w h a t w e w e r e d o i n g a s t h e s t u d e n t j u s t d e s c r i b e d t h e a c t i v i t y a s n o t e t a k i n g . 2 3 6 E L E C T R I C I T Y U N I T R A W C O M P I L E D D A T A O N S T U D E N T E N G A G E M E N T S t u d e n t s g a t h e r e d e n g a g e m e n t d a t a e v e r y d a y d u r i n g t h e u n i t . H o w e v e r , o n d a y s t h a t t h e s t u d e n t s w e r e t o t a l l y i m m e r s e d , s o m e f o r g o t t o r e c o r d t h e i r o b s e r v a t i o n s . T h i s i s a c o m p i l a t i o n o f t h e d a t a t h a t w a s c o l l e c t e d . D a t e A c t i v i t y S t u d e n t s S t u d e n t s P e r c e n t a g e O n T a s k O f f T a s k O n T a s k 1 1 / 1 6 H y b r i d B a t t e r y N o t e s 1 2 0 1 0 0 % 1 1 / 1 9 S l i d e S h o w o n H y b r i d V e h i c l e s 1 0 2 8 3 % 1 1 / 2 0 L a b e l e d D r a w i n g o f a F u e l C e l l 2 0 0 1 0 0 % 1 1 / 2 3 N o t e s a n d D r a w i n g s o n H o w 5 0 5 9 1 % P V C e l l s W o r k 1 1 / 2 3 T e a c h e r R e a d i n g A l o u d o n 1 6 6 7 3 % F u e l C e l l s 1 1 / 2 3 H o m e w o r k Q u i z o n P V C e l l s 1 1 0 1 0 0 % 1 1 / 2 4 C o p y i n g E x t r a C r e d i t R u b r i c o n 1 9 3 8 6 % F u e l C e l l , H y b r i d C a r B a t t e r y 1 1 / 2 7 P e r f o r m i n g L a b : M a k i n g 7 0 l 9 9 % P h o t o v o l t a i c C e l l s 1 1 / 2 8 P e r f o r m i n g L a b : M a k i n g 7 7 6 9 1 % P h o t o v o l t a i c C e l l s 1 2 / 3 L a b e l e d D r a w i n g o f P V C e l l 1 2 0 1 0 0 % o n S t u d y G u i d e T a b l e 2 3 A l t e r n a t i v e E n e r g y A c t i v i t i e s D a t e A c t i v i t y S t u d e n t s S t u d e n t s P e r c e n t a g e O n T a s k O f f T a s k O n T a s k 1 0 / 2 9 W o r k i n g o n H o m e w o r k l l 0 1 0 0 % 1 0 / 2 9 S c o r i n g a n d T u m i n g i n N o t e b o o k s 2 2 0 1 0 0 % 1 0 / 3 0 G o i n g O v e r H o m e w o r k 1 3 4 7 6 % 1 0 / 3 0 F i l l i n g i n V o c a b u l a r y o n S t u d y 1 7 0 1 0 0 % G u i d e 1 0 / 3 1 F i l l i n g i n E l e c t r i c i t y P a c k e t s 5 0 0 1 0 0 % 1 1 / 1 B u i l d i n g C i r c u i t s 7 6 7 9 2 % 1 1 / 1 G o i n g o v e r t h e T e s t 6 7 1 5 8 2 % 1 1 / 5 S i l e n t R e a d i n g o n E l e c t r i c 8 4 6 7 % P o t e n t i a l 1 1 / 5 N o t e s o n E l e c t r i c P o t e n t i a l 5 1 7 8 8 % T a b l e 2 4 A c t i v i t i e s N o t D i r e c t l y A d d r e s s i n g A l t e r n a t i v e E n e r g y 2 3 7 W a r m i n g ( S p o n t a n e o u s ) 1 1 / 5 V a n d e r G r a f f D e m o n s t r a t i o n 1 2 0 1 0 0 % 1 1 / 5 F i l l i n g i n S t u d y G u i d e 1 2 0 1 0 0 % 1 1 / 5 V i d e o o n V o l t a g e i s P r e s s u r e 2 0 4 8 3 % 1 1 / 7 L i s t W a y s Y o u C a n M a k e E l e c t r i c i t y 2 2 0 1 0 0 % 1 1 / 7 E l e c t r o l y t i c C e l l s 8 1 2 9 8 % 1 1 / 7 P e r f o r m i n g E l e c t r o l y s i s L a b 1 2 0 1 0 0 % 1 1 / 8 N o t e s o n R e s i s t a n c e 2 4 0 1 0 0 % 1 1 / 8 G o i n g O v e r E l e c t r o l y s i s L a b 4 0 7 8 5 % 1 1 / 8 R e a d i n g A l o u d o n E l e c t r i c P o w e r 2 4 0 1 0 0 % 1 1 / 9 G o i n g O v e r H o m e w o r k 5 6 4 9 3 % 1 1 / 9 N o t e s o n R e s i s t a n c e 4 7 0 1 0 0 % 1 1 / 9 F i l l i n g i n E l e c t r i c i t y P a c k e t 1 2 0 1 0 0 % 1 1 / 1 2 N o t e s o n U s i n g M e t e r s 4 6 2 9 6 % l 1 / 1 2 F i l l i n g i n T e r m s o n t h e S t u d y G u i d e 1 0 2 8 3 % 1 1 / 1 2 T e x t B o o k L a b o n B u i l d i n g C i r c u i t s 2 4 0 1 0 0 % 1 1 / 1 5 E l e c t r i c i t y Q u i z 4 7 0 1 0 0 % 1 1 / 1 5 G o i n g O v e r t h e H o m e w o r k 1 2 0 1 0 0 % 1 1 / 1 6 C a r B a t t e r y D e m o 1 2 0 1 0 0 % 1 1 / 1 6 L a b e l e d D r a w i n g o f L e a d / A c i d C a r 7 0 2 9 7 % B a t t e r y 1 1 / 1 6 Q u e s t i o n S h e e t o n C a r B a t t e r y D e m o 1 2 0 1 0 0 % 1 1 / 1 5 N i k o l a T e s l a V i d e o 5 1 1 2 8 1 % 1 1 / 1 9 F i l l i n g i n V o c a b u l a r y o n S t u d y 3 6 0 1 0 0 % G u i d e 1 1 / 1 9 P e r f o r m i n g V o l t a i c P i l e L a b 9 5 1 9 9 % 1 1 / 2 0 G o i n g O v e r V o l t a i c P i l e L a b 2 8 2 9 3 % 1 1 / 2 0 N o t e s o n E l e c t r o l y s i s a n d 3 8 l 9 7 % D i s c h a r g i n g o f a B a t t e r y 1 1 / 2 8 O r g a n i z i n g N o t e b o o k o f D a i l y W o r k 1 2 0 1 0 0 % 1 1 / 2 9 M a t h P r o b l e m s O u t o f T e x t B o o k 7 1 7 9 1 % 1 1 / 2 9 R e a d i n g A l o u d o n P o w e r a n d 1 1 0 1 0 0 % E n e r g y 1 1 / 2 9 V i d e o o n E l e c t r i c R a t e 7 4 6 4 % 1 1 / 2 9 R e a d i n g A l o u d o n T r a n s m i t t i n g 1 1 0 1 0 0 % P o w e r 1 1 / 2 9 N o t e s o n T r a n s m i t t i n g P o w e r 1 1 0 1 0 0 % 1 1 / 3 0 S a m p l e P r o b l e m C a l c u l a t i n g C o s t o f 5 4 6 9 0 % E l e c t r i c i t y 1 1 / 3 0 C h e c k i n g H o m e w o r k A n s w e r s 2 1 l 9 5 % 1 1 / 3 0 O r g a n i z i n g N o t e b o o k 3 5 0 1 0 0 % 1 2 / 3 F i l l i n g i n T e x t B o o k V e r s i o n o f 1 0 2 4 9 6 % S t u d y G u i d e 1 2 / 3 C l a s s D i s c u s s i o n o f G l o b a l 8 4 6 7 % T a b l e 2 4 C o n t i n u e d 2 3 8 S u m m a r i z i n g t h e r a w e n g a g e m e n t d a t a f o r j u s t t h e e l e c t r i c i t y u n i t i n t a b l e 2 5 b e l o w a l l o w s f o r a n a n a l y s i s o f b o t h t h e r m o d y n a m i c s a n d e l e c t r i c i t y t o g e t h e r i n t h e n e x t s e c t i o n . A c t i v i t y C a t e g o r y S t u d e n t s S t u d e n t s P e r c e n t o f o n T a s k o f f T a s k S t u d e n t s o n T a s k A l t e r n a t i v e E n e r g y 2 9 7 2 3 9 3 % O t h e r T h a n A l t e r n a t i v e 1 5 0 1 7 2 9 5 % E n e r g y T a b l e 2 5 S u m m a r y b y C a t e g o r y f o r t h e E l e c t r i c i t y U n i t A N A L Y S I S O F D A T A O F S T U D E N T E N G A G E M E N T F R O M E L E C T R I C I T Y A N D T H E R M O D Y N A M C I S A N D O P T I C S A c t i v i t i e s I n v o l v i n g A c t i v i t i e s T h a t H a v e A c t i v i t i e s N o t I n v o l v i n g A l t e r n a t i v e E n e r g y P o r t i o n s I n v o l v i n g A l t e r n a t i v e E n e r g y A l t e r n a t i v e E n e r g y O f f T a s k : 7 % O f f T a s k : 1 0 % O f f T a s k : 6 % O n T a s k : 9 3 % O n T a s k : 9 0 % O n T a s k : 9 4 % T a b l e 2 6 E l e c t r i c i t y a n d T h e r m o d y n a m i c s D a t a A n a l y z e d A c c o r d i n g T o A l t e r n a t i v e E n e r g y A c t i v i t i e s T h a t H a v e A c t i v i t i e s I n v o l v i n g A c t i v i t i e s N o t I n v o l v i n g P o r t i o n s I n v o l v i n g A l t e r n a t i v e E n e r g y A l t e r n a t i v e E n e r g y A l t e r n a t i v e E n e r g y O f f T a s k : 1 2 . 5 % O f f T a s k : 7 % O f f T a s k : 6 % O n T a s k : 8 7 . 5 % O n T a s k : 9 3 % O n T a s k : 9 4 % T a b l e 2 7 A l t e r n a t i v e E n e r g y A c t i v i t i e s W i t h T e s t s , Q u i z z e s , S u r v e y s a n d N o t e b o o k s R e m o v e d H a n d s - O n A c t i v i t i e s A c t i v i t i e s T h a t A r e P a r t i a l l y A c t i v i t i e s T h a t A r e N o t H a n d s - O n H a n d s - O n O f f T a s k : 4 % O f f T a s k : 0 % O f f T a s k : 8 % O n T a s k : 9 6 % O n T a s k : 1 0 0 % O n T a s k : 9 2 % T a b l e 2 8 E l e c t r i c i t y a n d T h e r m o d y n a m i c s D a t a A n a l y z e d A c c o r d i n g t o W h e t h e r i t i s H a n d s - O n 2 3 9 H a n d s - O n A c t i v i t i e s A c t i v i t i e s T h a t A r e P a r t i a l l y A c t i v i t i e s T h a t A r e N o t H a n d s - O n H a n d s - O n O f f T a s k : 4 % O f f T a s k : 0 % O f f T a s k : 8 % O n T a s k : 9 6 % O n T a s k : 1 0 0 % O n T a s k : 9 2 % T a b l e 2 9 H a n d s - O n A c t i v i t i e s W i t h T e s t s , Q u i z z e s , S u r v e y s a n d N o t e b o o k s R e m o v e d T w o t h i n g s s t a n d o u t c l e a r l y i n t h e d a t a . F r o m t h e s t u d e n t s ’ p e r s p e c t i v e s , o n a v e r a g e o v e r 9 0 % o f t h e m a r e o n t a s k f o r a l l c a t e g o r i e s w i t h o n e e x c e p t i o n . T h e e x c e p t i o n i s f o r t h e c a t e g o r y o f a c t i v i t i e s t h a t p a r t i a l l y i n v o l v e a l t e r n a t i v e e n e r g y w h e n a s s e s s m e n t s h a v e b e e n r e m o v e d f r o m t h e d a t a . O f p a r t i c u l a r n o t e : t h e p e r c e n t a g e o f s t u d e n t s o f f - t a s k i s c u t i n h a l f w h e n t h e a c t i v i t y i s h a n d s - o n r a t h e r t h a n p a s s i v e . E v e n m o r e n o t e w o r t h y i s t h e d a t a f o r a c t i v i t i e s t h a t a r e p a r t i a l l y h a n d s - o n . O n e h u n d r e d p e r c e n t o f s t u d e n t s w e r e j u d g e d a s o n - t a s k d u r i n g t h o s e a c t i v i t i e s . P e r h a p s t h a t s o r t o f a c t i v i t y i s a g o o d fi t f o r t h e s e h i g h s c h o o l s t u d e n t s . T h e r e s e e m s t o b e l i t t l e d i f f e r e n c e b e t w e e n p e r c e n t a g e s o f o n - t a s k a n d o f f - t a s k s t u d e n t s w h e n a n a l y z i n g a c c o r d i n g t o w h e t h e r t h e t a s k i n v o l v e d a l t e r n a t i v e e n e r g y . A l t h o u g h t h e c a t e g o r y o f a c t i v i t i e s t h a t w e r e p a r t i a l l y a l t e r n a t i v e e n e r g y g i v e s p u z z l i n g d a t a . T h e a m o u n t o f d a t a c o l l e c t e d f o r t h e v a r i o u s a c t i v i t i e s s h o w s h o w l o p s i d e d t h e c u r r i c u l u m i s e v e n w h e n t h e i n s t r u c t o r m a k e s a c o n s c i o u s e f f o r t t o i n c l u d e a l t e r n a t i v e e n e r g y a n d t o e m p h a s i z e h a n d s - o n a c t i v i t i e s . A m a j o r i t y o f t h e d a t a w a s c o l l e c t e d d u r i n g a c t i v i t i e s t h a t w e r e n o t h a n d s - o n a n d t h a t d i d n o t d i r e c t l y i n v o l v e a l t e r n a t i v e e n e r g y . G o i n g b y t h e d a t a c o l l e c t e d , i t a p p e a r s t h a t 8 0 % o f t h e t i m e w a s s p e n t o n a c t i v i t i e s t h a t d i d n o t i n v o l v e a l t e r n a t i v e e n e r g y a n d o n l y 1 9 % o f t h e t i m e w a s s p e n t o n h a n d s - o n a c t i v i t i e s . 2 4 0 C R I T I Q U E O F T E C H N I Q U E O F U S I N G S T U D E N T E N G A G E M E N T D A T A C O L L E C T E D B Y T H E S T U D E N T S B y t h i s u n i t t h e r e w e r e s t i l l a c o u p l e o f s t u d e n t s t h a t o f t e n n e g l e c t e d t o w r i t e d o w n t h e a c t i v i t y o n t h e i r e n g a g e m e n t d a t a r e p o r t , s o t h e i r d a t a w a s u s e l e s s . T h e o v e r a l l r e l i a b i l i t y o f t h e d a t a i s q u e s t i o n a b l e a s t h e r e a r e m u l t i p l e t i m e s w h e n a s t u d e n t ’ s d a t a d o e s n o t m a t c h u p w i t h t h e n u m b e r o f s t u d e n t s t h a t w e r e i n c l a s s t h a t d a y . F o r e x a m p l e , o n a d a y w h e n e l e v e n s t u d e n t s w e r e p r e s e n t , a s t u d e n t l i s t e d e i g h t a s b e i n g o n t a s k a n d f o u r a s o f f - t a s k . F r o m w h a t I o b s e r v e d , a l a r g e p o r t i o n o f t h e t i m e s t u d e n t s d i d n ’ t l o o k a r o u n d t h e r o o m a n d t r u l y t r y t o s c r u t i n i z e w h e t h e r o r n o t c l a s s m a t e s w e r e o n t a s k . I t h i n k t h e y j u s t w r o t e d o w n n u m b e r s t h a t s e e m e d r e a s o n a b l e t o t h e m . S p e c i fi c e x a m p l e s t h a t b r o u g h t m e t o t h i s c o n c l u s i o n : D a t a c o l l e c t e d d a y a f t e r d a y u n d e r t h e c a t e g o r y “ g o i n g o v e r t h e h o m e w o r ” , s h o w e d 9 0 s t u d e n t s o n t a s k a n d o n l y 9 o f f t a s k . T h e r e w e r e 1 2 s t u d e n t s i n t h e c l a s s b y t h i s u n i t . E v e r y d a y d u r i n g t h e t i m e o f d a y t h a t I g o o v e r t h e h o m e w o r k , t h r e e o r f o u r s t u d e n t s a s k m e t o w o r k o u t c e r t a i n p r o b l e m s o n t h e b o a r d . M o s t o f t h e o t h e r s b e g i n s o c i a l i z i n g s o l o u d l y t h a t w e o f t e n h a v e t o s t o p a n d w a i t f o r t h e m t o q u i e t d o w n b e f o r e c o n t i n u i n g . S o I h a v e a h a r d t i m e s w a l l o w i n g t h e 9 0 t o 9 r a t i o o n t h e d a t a . T h e c a s e i s s i m i l a r c o n c e r n i n g d a t a c o l l e c t e d f o r t h e a c t i v i t y o f fi l l i n g i n e l e c t r i c i t y p a c k e t s a s a g r o u p . T h e s e p a c k e t s a r e m e a n t f o r m i d d l e s c h o o l a n d I u s e t h e m t o i n t r o d u c e t o p i c s i n e l e c t r i c i t y a s m a n y o f t h e m h a v e n o t h a d e l e c t r i c i t y s i n c e 7 t h g r a d e . I r e a d a s e n t e n c e a n d t h e s t u d e n t s t a k e t u r n s s a y i n g w h a t g o e s i n t h e b l a n k . W e g o a r o u n d t h e r o o m i n o r d e r a s f a r a s w h o i s s u p p o s e d t o a n s w e r t h e n e x t q u e s t i o n . W e d o i t a t a r e a l f a s t p a c e s o t h a t i t f e e l s k i n d o f l i k e a g a m e a n d s o t h a t t h e y h a v e t o s t a y f o c u s e d t o b e a b l e t o fi l l i n t h e a n s w e r s a n d g i v e t h e i r o w n a n s w e r w h e n i t i s t h e i r t u r n . 2 4 1 T h e s t u d e n t e n g a g e m e n t d a t a s h o w s t h a t o v e r t h e c o u r s e o f t h e d i f f e r e n t d a y s t h a t w e d i d t h e s e p a c k e t s , 8 3 s t u d e n t s w e r e o n t a s k a n d o n l y 2 w e r e o f f t a s k . T h i s d o e s n o t m e s h w i t h w h a t r e a l l y h a p p e n e d . E a c h t i m e w e d i d t h i s a c t i v i t y t h e r e w o u l d b e a c o u p l e o f s t u d e n t s t h a t w o u l d n o t k n o w w h a t q u e s t i o n w e w e r e o n e v e r y t i m e t h a t i t w a s t h e i r t u r n . S t u d e n t s c o l l e c t i n g d a t a s h o u l d h a v e h a d a r a t i o o f a p p r o x i m a t e l y 1 0 s t u d e n t s o n t a s k t o 2 s t u d e n t s o f f t a s k , s o 1 0 : 2 r a t h e r t h a n 8 3 : 2 . I f i n s t r u c t o r s a r e g o i n g t o u s e s t u d e n t s t o c o l l e c t d a t a , i t s e e m s t h e y n e e d t o p u t t h e s t u d e n t s t h r o u g h s o m e t r a i n i n g fi r s t a n d a l s o a t e s t o f a c c u r a c y . O n l y s t u d e n t s w h o p r o v e t h a t t h e y t a k e a c c u r a t e d a t a s h o u l d b e a l l o w e d t o c o l l e c t d a t a . O t h e r w i s e , t h e r e l i a b i l i t y o f t h e w h o l e d a t a s e t i s i n q u e s t i o n , a s i t i s h e r e i n t h i s t h e s i s . 2 4 2 N 1 m u q a r Q o j s r n s r p e u O b v N O A P P E N D I X I I I L S T U D E N T G R A D E S A N D A T T E N D A N C E F O R T H E E L E C T R I C I T Y U N I T T h i s d a t a w a s c o l l e c t e d a n d a n a l y z e d a s a m e a s u r e o f s t u d e n t m o t i v a t i o n r a t h e r t h a n a m e a s u r e o f m a s t e r y o n c o n t e n t . P r i o r K n o w l e d g e S u r v e y O c t o b e r 2 9 G r a d e d o n c o m p l e t i o n o n l y . T o t a l p o s s i b l e p o i n t s : 1 0 2 ’ 1 0 1 0 a ' ' 6 ' ' 4 ' ' 2 ' ' 0 S c o r e F i g u r e 7 7 S c o r e s o n t h e P r i o r K n o w l e d g e S u r v e y T h e t w o s t u d e n t s t h a t r e c e i v e d z e r o s w e r e a b s e n t a n d t h e i r a b s e n c e s w e r e u n e x c u s e d . A v e r a g e s c o r e ( e x c l u d i n g t h e z e r o s ) : 9 . 8 ( 9 8 % ) A v e r a g e s c o r e ( i n c l u d i n g t h e z e r o s ) : 8 . 3 ( 8 3 % ) H o m e w o r k Q u i z O c t o b e r 3 0 G r a d e d o n a c c u r a c y . T o t a l p o s s i b l e p o i n t s : 5 g 1 2 - ° , 1 0 S i 8 - O H ) U ) a 8 ‘ a U ) E x 5 4 . 5 4 3 . 5 3 2 . 5 2 1 . 5 1 0 . 5 0 S c o r e F i g u r e 7 8 S c o r e s o n t h e H o m e w o r k Q u i z T h e fi v e s t u d e n t s t h a t w e r e e x c u s e d f r o m t h e q u i z h a d e x c u s e d a b s e n c e s t h a t d a y . T h e s t u d e n t w h o r e c e i v e d a z e r o w a s a b s e n t a n d u n e x c u s e d . 2 4 3 u q 9 1 . o s i t n s u r p e A v e r a g e s c o r e ( e x c l u d i n g t h e z e r o ) : 3 . 1 ( 6 2 % ) A v e r a g e s c o r e ( i n c l u d i n g t h e z e r o ) : 2 . 7 ( 5 4 % ) E l e c t r i c i t y Q u i z N o v e m b e r 1 3 G r a d e d o n a c c u r a c y . T o t a l p o s s i b l e p o i n t s : 2 5 1 2 z 5 1 0 8 ' a " 1 9 n 6 U ) a 4 8 a 2 a m t — l s . . . . . . I . . . . . . . . I - l 2 5 2 3 2 1 1 9 1 7 1 5 1 3 1 1 9 7 5 3 1 S c o r e F i g u r e 7 9 S c o r e s o n t h e E l e c t r i c i t y Q u i z T h e s t u d e n t w h o r e c e i v e d a z e r o w a s a b s e n t a n d u n e x c u s e d . A v e r a g e s c o r e ( e x c l u d i n g t h e z e r o ) : 1 7 . 4 ( 7 0 % ) A v e r a g e s c o r e ( i n c l u d i n g t h e z e r o ) : 1 6 . 1 ( 6 4 % ) P h o t o v o l t a i c P o s t L a b Q u e s t i o n s N o v e m b e r 2 9 G r a d e d o n a c c u r a c y T o t a l P o s s i b l e P o i n t s : 1 2 1 2 1 1 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 S c o r e F i g u r e 8 0 S c o r e s o n t h e P h o t o v o l t a i c P o s t L a b Q u e s t i o n s 2 4 4 s O f t h e t h r e e s t u d e n t s t h a t r e c e i v e d a z e r o , o n e h a n d e d i t i n l a t e , t w o d i d n o t h a n d i t i n a t a l l a n d o n e o f t h e m h a d a n u n e x c u s e d a b s e n c e o n t h e d a y i t w a s d u e . A v e r a g e s c o r e ( e x c l u d i n g t h e z e r o s ) : 5 . 9 ( 4 9 % ) A v e r a g e s c o r e ( i n c l u d i n g t h e z e r o s ) : 4 . 5 ( 3 8 % ) E l e c t r i c i t y T e s t D e c e m b e r 4 G r a d e d o n a c c u r a c y T o t a l p o s s i b l e p o i n t s : 1 0 0 s r u e p m s j o r e q u m N 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 S c o r e F i g u r e 8 1 S c o r e s o n t h e E l e c t r i c i t y U n i t T e s t T h e p e r s o n t h a t e a r n e d a g r a d e o f z e r o w a s a b s e n t a n d u n e x c u s e d . A v e r a g e s c o r e ( e x c l u d i n g t h e z e r o ) : 7 7 ( 7 7 % ) A v e r a g e s c o r e ( i n c l u d i n g t h e z e r o ) : 7 1 ( 7 1 % ) N o t e b o o k o f D a i l y W o r k F o r W h o l e E l e c t r i c i g U n i t D e c e m b e r 4 G r a d e d o n c o m p l e t i o n o n l y . T o t a l p o s s i b l e p o i n t s : 8 1 . 5 N i u e p m s J O r e q u r n 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 F i g u r e 8 2 S c o r e s o n t h e N o t e b o o k o f D a i l y W o r k 2 4 5 ~ = N S S x X x X m m > > > = < > m ~ T h e s t u d e n t r e c e i v i n g a z e r o w a s a b s e n t a n d t h e a b s e n c e w a s u n e x c u s e d . A v e r a g e s c o r e ( e x c l u d i n g t h e z e r o ) : 7 9 ( 9 7 % ) A v e r a g e s c o r e ( i n c l u d i n g t h e z e r o ) : 7 3 ( 9 0 % ) D a i l y A t t e n d a n c e D a t e 1 1 1 2 1 3 M o n d a y , O c t . 2 9 T u e s d a y , O c t . 3 0 W e d n e s d a y , O c t . 3 1 T h u r s d a y , N o v . 1 M o n d a y , N o v . 5 T u e s d a y , N o v . 6 W e d n e s d a y , N o v . 7 T h u r s d a y , N o v . 8 F r i d a y , N o v . 9 M o n d a y , N o v . 1 2 T u e s d a y , N o v . 1 3 W e d n e s d a y , N o v . 1 4 T h u r s d a y , N o v . 1 5 F r i d a y , N o v . 1 6 M o n d a y , N o v . 1 9 T u e s d a y , N o v . 2 0 M o n d a y , N o v . 2 6 T u e s d a y , N o v . 2 7 W e d n e s d a y , N o v . 2 8 T h u r s d a y , N o v . 2 9 F r i d a y , N o v . 3 0 M o n d a y , D e c . 3 T u e s d a y , D e c . 4 c c c c c c s c c c c c c c c c c W e d n e s d a y , D e c . 5 l l T a b l e 3 0 A t t e n d a n c e D u r i n g t h e E l e c t r i c i t y U n i t E x c u s e d A b s e n c e U n e x c u s e d A b s e n c e S c h o o l A c t i v i t y I n - S c h o o l S u s p e n s i o n O u t - o f - S c h o o l S u s p e n s i o n 2 4 6 T a b l e 3 1 K e y t o A t t e n d a n c e S y m b o l s i — v N N N O NN - w a m o q o o o x g z g S t u d e n t N u m b e r o f A b s e n c e s U n i t T e s t G r a d e ( % ) 2 9 1 6 6 . 5 9 4 7 0 . 5 7 7 8 9 O 7 0 6 0 8 0 8 1 7 O 1 3 0 7 1 T a b l e 3 2 A t t e n d a n c e b y S t u d e n t i — N O O r — b E L E C T R I C I T Y U N I T A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N G R A D E S A N D A T T E N D A N C E A t t e n d a n c e c a n b e a n i n d i c a t o r o f i n t e r e s t a n d m o t i v a t i o n . I t c o u l d a l s o b e a f a c t o r i n w h e t h e r t h e u n i t s u c c e s s f u l l y t e a c h e s t h e b e n c h m a r k s . I f a s t u d e n t m i s s e s a d a y , h e m a y m i s s i n f o r m a t i o n t h a t w o n ’ t b e g i v e n o n a n o t h e r d a y o r m i s s p r a c t i c i n g a s k i l l t h a t t h e r e w i l l b e n o f u r t h e r o p p o r t u n i t y t o p r a c t i c e . M y g r a d i n g p o l i c i e s a r e m e a n t t o e n c o u r a g e r e g u l a r a t t e n d a n c e . W h e n s t u d e n t s a r e a b s e n t a n d t h e a b s e n c e i s u n e x c u s e d , t h e y r e c e i v e a z e r o f o r w h a t e v e r w a s d u e t h a t d a y . I f a s t u d e n t i s a b s e n t a n d t h e a b s e n c e i s e x c u s e d , t h e s t u d e n t m u s t m a k e u p t h e w o r k . I f h e o r s h e w a s a b s e n t 3 d a y s , t h e d u e d a t e f o r t h e m a d e u p w o r k i s t h r e e d a y s a f t e r t h e y r e t u r n t o c l a s s . M i s s e d t e s t s o r q u i z z e s m u s t b e m a d e u p b e f o r e o r a f t e r s c h o o l . H o m e w o r k q u i z z e s a r e a n e x c e p t i o n s i n c e t h e y a r e g i v e n o r a l l y . I f t h e a b s e n c e w a s e x c u s e d , t h e s t u d e n t i s e x c u s e d f r o m t h e h o m e w o r k q u i z . M y p o l i c y o n l a t e w o r k i s m e a n t t o e n c o u r a g e r e s p o n s i b i l i t y . F o r t h e fi r s t m a r k i n g p e r i o d o n l y , I a c c e p t l a t e w o r k b u t t h e g r a d e i s d e c r e a s e d b y h a l f . F o r t h e r e m a i n d e r o f 2 4 7 t h e y e a r I d o n ’ t a c c e p t l a t e w o r k w i t h t h e e x c e p t i o n o f t h e i r n o t e b o o k s o f d a i l y w o r k . T h o s e c a n s t i l l b e t u r n e d i n f o r 5 0 % c r e d i t . A t t h e e n d o f t h i s u n i t , t h e d a y b e f o r e t h e n o t e b o o k s w e r e d u e , m a n y s t u d e n t s t a l k e d a b o u t g e t t i n g t o g e t h e r t o d o a l l o f t h e p a g e s t h e y h a d n e g l e c t e d t o d o d u r i n g t h e u n i t . T h e s e w e r e m a i n l y h o m e w o r k a s s i g n m e n t s . F r o m l i s t e n i n g t o t h e s t u d e n t s I k n o w t h a t t h i s m a i n l y c o n s i s t s o f s t u d e n t s h a n d c o p y i n g p r o b l e m s f r o m a s t u d e n t w h o d i d t h e m . I t i s a m e c h a n i c a l p r o c e s s w i t h v e r y l i t t l e l e a r n i n g i n v o l v e d . T h i s i s o n e m o r e e x a m p l e o f p o o r w o r k h a b i t s a n d a n o t h e r r e a s o n w h y g r a d e s a r e s o l o w . A N A L Y S I S O F G R A D E S A N D A T T E N D A N C E L o o k i n g a t t h e d a t a a s a w h o l e , o n e t h i n g s t a n d s o u t . T h e s c o r e s a r e v e r y l o w e v e n w h e n d i s r e g a r d i n g t h e z e r o s . T h e o n l y t a s k s w h e r e t h e c l a s s a v e r a g e w a s a b o v e 7 7 % w e r e t h e t w o t a s k s t h a t w e r e g r a d e d o n c o m p l e t i o n r a t h e r t h a n a c c u r a c y . T h e s e w e r e t h e n o t e b o o k o f d a i l y w o r k a n d t h e P r i o r K n o w l e d g e S u r v e y . A n d a s m e n t i o n e d i n t h e c o m m e n t a r y s e c t i o n , m a n y s t u d e n t s d i d n o t d o t h e w o r k o n a d a i l y b a s i s , b u t h a d a m a r a t h o n s e s s i o n t h e n i g h t b e f o r e t h e n o t e b o o k s w e r e d u e , c o p y i n g f r o m a s t u d e n t w h o d i d d o t h e w o r k . A n o t h e r p a t t e r n s e e m s n o t e w o r t h y . S t u d e n t s w i t h s c o r e s o f l e s s t h a n 8 0 % d e fi n i t e l y d o n o t d i s p l a y m a s t e r y . A l a r g e p e r c e n t a g e o f t h e s t u d e n t s r e c e i v e d g r a d e s w e l l b e l o w 8 0 % o n t a s k s t h a t w e r e g r a d e d o n a c c u r a c y . O c t o b e r 3 0 H o m e w o r k Q u i z : 2 9 % ( 2 s t u d e n t s ) e a r n e d 9 0 % , 7 1 % ( 5 s t u d e n t s ) e a r n e d 7 0 % o r l e s s w i t h t h e i r a v e r a g e b e i n g 5 0 % . N o v e m b e r 1 3 E l e c t r i c i t y Q u i z : 3 3 % ( 4 s t u d e n t s ) e a r n e d 8 0 % o r h i g h e r w i t h t h e i r a v e r a g e b e i n g 8 6 . 5 % . 6 7 % ( 8 s t u d e n t s ) e a r n e d 7 4 % o r l o w e r 2 4 8 w i t h t h e i r a v e r a g e b e i n g 4 4 . 5 % . N o v e m b e r 2 9 P h o t o v o l t a i c P o s t L a b : 8 % ( 1 s t u d e n t ) e a r n e d 8 8 % . 9 2 % ( 1 1 s t u d e n t s ) e a r n e d 7 1 % o r l o w e r w i t h t h e i r a v e r a g e b e i n g 3 1 % . D e c e m b e r 4 E l e c t r i c i t y T e s t : 4 2 % ( 5 s t u d e n t s ) e a r n e d 8 0 % o r h i g h e r w i t h t h e i r a v e r a g e b e i n g 8 7 % . 5 8 % ( 7 s t u d e n t s ) e a r n e d 7 7 % o r l o w e r , w i t h t h e i r a v e r a g e b e i n g 6 9 % . N o t e t h a t i n t h e s t a t i s t i c s a b o v e , I h a v e n o t i n c l u d e d s c o r e s o f s t u d e n t s w h o r e c e i v e d z e r o s d u e t o u n e x c u s e d a b s e n c e s . S t u d e n t s d i d s h o w s u b s t a n t i a l g a i n s i n k n o w l e d g e b e t w e e n t h e P r i o r K n o w l e d g e S u r v e y a n d t h e p o s t t e s t . T h e r e f o r e , t h e l o w g r a d e s e a r n e d o n t a s k e d a r e n o t l i k e l y d u e t o a n i n e f f e c t i v e u n i t , b u t r a t h e r a r e fl e c t i o n o f t h e s k i l l s , w o r k h a b i t s a n d c o g n i t i v e a b i l i t i e s o f s o m e o f t h e s t u d e n t s a s w e l l a s a l a c k o f i n t e r e s t a n d m o t i v a t i o n . I s h o u l d p o i n t o u t t h a t o n e m a j o r p u r p o s e o f t h i s t h e s i s w a s t o i n c r e a s e m o t i v a t i o n . S o w h e n I s a y t h e u n i t w a s n o t i n e f f e c t i v e , I m e a n i n t e r m s o f s h o w i n g g a i n s o n b e n c h m a r k e d k n o w l e d g e . T h e u n i t a p p e a r s t o b e i n e f f e c t i v e i n m o t i v a t i n g s t u d e n t s . W i t h t h e s t a t e o f M i c h i g a n e n c o u r a g i n g m o r e s t u d e n t s t o t a k e p h y s i c s ( t h e r e q u i r e m e n t i s c h e m i s t r y o r p h y s i c s ) w e a r e a p t t o c o n t i n u e t o s e e c l a s s e s w h e r e t h e r e a r e t w o d i s t i n c t g r o u p s o f s t u d e n t s a s t h e r e w e r e i n t h i s c l a s s . I t w o u l d n o t b e i n t h e b e s t i n t e r e s t o f s o c i e t y t o d r o p t h e r i g o r t o a c c o m m o d a t e t h e g r o u p t h a t c o n s i s t e n t l y s c o r e s w e l l b e l o w m a s t e r y . I t w o u l d b e b e t t e r t o c o n t i n u e t o s e a r c h f o r w a y s t o m o t i v a t e a n d e n c o u r a g e t h o s e l o w e r p e r f o r m i n g s t u d e n t s . P e r h a p s s c h o o l s c o u l d o f f e r c o u r s e s o f r i g o r i n t o p i c s o r fi e l d s t h a t s t u d e n t s v a l u e , p r e s e n t e d i n a w a y t h a t s p u r s t h e m t o p u t f o r t h g r e a t e r e f f o r t . 2 4 9 A P P E N D I X I V T H E R M O D Y N A M I C S A C T I V I T I E S A P P E N D I X I V A Q u e s t i o n s t o A c c o m p a n y “ S o l a r H o t W a t e r A P r i m e r ” . L i s t 6 w a y s t o m a k e y o u r h o t w a t e r s y s t e m m o r e e f fi c i e n t ( b e s i d e s s w i t c h i n g t o s o l a r ) . . W h y i s a s o l a r h o t w a t e r h e a t e r s y s t e m i n M i c h i g a n m o r e c o m p l i c a t e d t h a n o n e y o u c o u l d h a v e i f y o u l i v e d i n G e o r g i a ? . W h a t i s t h e m o s t c o m m o n t y p e o f s o l a r c o l l e c t o r ? ( B e s u r e t o l o o k a t t h e p h o t o t o o . ) . W h a t t y p e o f s o l a r w a t e r h e a t e r s y s t e m w o u l d b e t h e s a f e s t t o u s e h e r e i n M i c h i g a n ? W h a t l i q u i d c i r c u l a t e s i n t h e c o l l e c t o r o f t h i s s y s t e m ? . L i s t t h e a d v a n t a g e s o f t h e c l o s e d l o o p a n t i f r e e z e h e a t e x c h a n g e r s y s t e m . . W h a t d o t h e y m e a n b y “ p o w e r e d b y P V ” ? . L i s t t h e d i s a d v a n t a g e s o f t h e c l o s e d l o o p a n t i f r e e z e h e a t e x c h a n g e r s y s t e m . 2 5 0 T H E R M O D Y N A M I C S A N D O P T I C S U N I T W E B A D D R E S S F O R S O L A R H O T W A T E R A R T I C L E T h e s t u d e n t s r e a d t h i s a r t i c l e a n d a n s w e r e d q u e s t i o n s a b o u t i t f o r h o m e w o r k . I t w a s a w a y t o i n t r o d u c e t h e t o p i c u s i n g c u r r e n t i n f o r m a t i o n w r i t t e n f o r l a y p e o p l e i n t h e r e a l w o r l d . T h e a r t i c l e w a s f o u n d a t h t t p : / / w w w . a z s o l a r c e n t c r . c o m / t e c h n o l o g y / s o l a r h 2 0 / h t m l . I t w a s p u t o u t b y t h e A r i z o n a S o l a r C e n t e r a n d w a s t i t l e d “ S o l a r H o t W a t e r : A P r i m e r . ” I f t h i s a r t i c l e i s n o l o n g e r a v a i l a b l e , t h i s o r g a n i z a t i o n m a y h a v e a m o r e c u r r e n t r e p l a c e m e n t . 2 5 1 Q u e s t i o n s t o A c c o m p a n y “ S o l a r H o t W a t e r A P r i m e r ” T E A C H E R ’ S K E Y 1 . L i s t 6 w a y s t o m a k e y o u r h o t w a t e r s y s t e m m o r e e f fi c i e n t ( b e s i d e s s w i t c h i n g t o s o l a r ) . 1 . T u r n w a t e r h e a t e r t h e r m o s t a t d o w n ( s u g g e s t i o n 1 2 5 0 F ) . 2 . W r a p h o t w a t e r h e a t e r w i t h i n s u l a t i n g b l a n k e t ( a v o i d b u r n e r ) . 3 . F i x l e a k y f a u c e t s . 4 . U s e f l o w r e s t r i c t o r s a n d a e r a t o r s t o r e d u c e h o t w a t e r c o n s u m p t i o n ( l i k e w a t e r - s a v e r s h o w e r h e a d s ) . 5 . F i n d o t h e r w a y s t o u s e l e s s h o t w a t e r l i k e d o i n g o n l y f u l l l o a d s o f d i s h e s i n t h e d i s h w a s h e r o r w a s h i n g c l o t h e s i n w a r m o r c o l d w a t e r i n s t e a d o f h o t . 6 . I n s u l a t e h o t w a t e r p i p e s . ( S h o w s t u d e n t s a f o a m p i p e i n s u l a t o r . ) 2 . W h y i s a s o l a r h o t w a t e r h e a t e r s y s t e m i n M i c h i g a n m o r e c o m p l i c a t e d t h a n o n e y o u c o u l d h a v e i f y o u l i v e d i n G e o r g i a ? T e m p e r a t u r e s d r o p b e l o w f r e e z i n g h e r e . I n c l i m a t e s w h e r e i t d o e s n ’ t f r e e z e , t h e l i q u i d i n t h e m a n i f o l d o f t h e c o l l e c t o r c a n b e t h e s a m e w a t e r t h a t c o m e s o u t o f t h e h o t w a t e r f a u c e t . I n M i c h i g a n w e c a n ’ t h a v e w a t e r i n t h e m a n i f o l d b e c a u s e i t w o u l d f r e e z e s o l i d i n w i n t e r a n d b r e a k t h e m a n i f o l d . 3 . W h a t i s t h e m o s t c o m m o n t y p e o f s o l a r c o l l e c t o r ? ( B e s u r e t o l o o k a t t h e p h o t o . ) F l a t p l a t e c o l l e c t o r s a r e t h e m o s t c o m m o n t y p e . 4 . W h a t t y p e o f s o l a r w a t e r h e a t e r s y s t e m w o u l d b e t h e s a f e s t t o u s e h e r e i n M i c h i g a n ? W h a t l i q u i d c i r c u l a t e s i n t h e c o l l e c t o r o f t h i s s y s t e m ? C l o s e d - l o o p a n t i f r e e z e h e a t e x c h a n g e r i s t h e s a f e s t . P r o p y l e n e g l y c o l , n o n - t o x i c a n t i f r e e z e , c i r c u l a t e s i n t h e m a n i f o l d o f t h e c o l l e c t o r . 5 . L i s t t h e a d v a n t a g e s o f t h e c l o s e d - l o o p a n t i f r e e z e h e a t e x c h a n g e r s y s t e m . 1 . V e r y g o o d f r e e z e p r o t e c t i o n . 2 . W e l l u n d e r s t o o d b y p l u m b e r s . 3 . H a r d w a t e r i s n o t a p r o b l e m , b e c a u s e y o u d o n ’ t h a v e w a t e r i n t h e m a n i f o l d . 4 . T h e p u m p c a n b e s o l a r p o w e r e d . 6 . W h a t d o t h e y m e a n b y “ p o w e r e d b y P V ” ? P V s t a n d s f o r p h o t o v o l t a i c . T h e p u m p t h a t c i r c u l a t e s t h e l i q u i d c a n b e p o w e r e d b y t h e s u n . 7 . L i s t t h e d i s a d v a n t a g e s o f t h e c l o s e d l o o p a n t i fi ' e e z e h e a t e x c h a n g e r s y s t e m . 1 . T h e s y s t e m i s c o m p l i c a t e d w i t h l o t s o f m o v i n g p a r t s . 2 . I t i s n o t a s e f f i c i e n t a s o t h e r s y s t e m s b e c a u s e h e a t h a s t o b e t r a n s f e r r e d f r o m t h e a n t i f r e e z e t o t h e w a t e r . 3 . T h e a n t i f r e e z e i s n o t s t a b l e a t t h e r e a l l y h i g h t e m p e r a t u r e s t h a t r e s u l t o n d a y s t h a t t h e f l u i d d o e s n ’ t c i r c u l a t e m u c h . 2 5 2 A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N S O L A R H O T W A T E R Q U E S T I O N S W h e n w e w e n t o v e r t h e a n s w e r s t o t h e h o m e w o r k q u e s t i o n s , a b o u t h a l f o f t h e c l a s s r a i s e d h a n d s a n d a n s w e r e d c o r r e c t l y . ( T h e a n s w e r s w e r e a l l r i g h t i n t h e a r t i c l e . T h e r e w a s n o h i g h e r o r d e r t h i n k i n g r e q u i r e d . ) O n e o f t h e a n s w e r s t o q u e s t i o n 1 w a s t o i n s u l a t e y o u r h o t w a t e r p i p e s , s o I b r o u g h t i n a s e c t i o n o f f o a m p i p e i n s u l a t i o n . I m e n t i o n e d t h a t t h e y w e r e a v a i l a b l e a t m o s t h a r d w a r e s t o r e s o r b i g b o x h o m e i m p r o v e m e n t s t o r e s f o r j u s t a c o u p l e o f d o l l a r s . 2 5 3 A P P E N D I X I V B S P E C I F I C H E A T L A B F O R S O L A R C O L L E C T O R S P u r p o s e : T o fi n d s p e c i fi c h e a t s o f v a r i o u s l i q u i d s t o h e l p d e t e r m i n e w h i c h w o u l d b e b e s t s u i t e d f o r u s e i n a s o l a r c o l l e c t o r . B a c k g r o u n d Q u e s t i o n s : 1 . W h a t c h a r a c t e r i s t i c s w o u l d b e d e s i r a b l e f o r t h i s l i q u i d ? 2 . W h i c h o f t h e s e c h a r a c t e r i s t i c s a r e e a s i l y d e t e r m i n e d ? 3 . C o m m o n l i q u i d s u s e d i n s o l a r c o l l e c t o r s i n c o l d c l i m a t e s a r e p r o p y l e n e g l y c o l ( a n o n t o x i c a n t i f r e e z e ) a n d h y d r o c a r b o n o i l s . P i c k o n e a d d i t i o n a l l i q u i d y o u w o u l d l i k e t o t e s t : . P i c k w h i c h o i l y o u w o u l d l i k e t o t e s t : 4 . R e c o r d d a t a o f c h a r a c t e r i s t i c s l i s t e d i n n u m b e r 2 a b o v e f o r t h e 3 l i q u i d s : P r o p y l e n e G l y c o l O i l 2 5 4 5 . D r a w a l a b e l e d d i a g r a m o f a c l o s e d - l o o p a n t i f r e e z e h e a t e x c h a n g e r s y s t e m . S h o w c o l d w a t e r a s b l u e , w a r m / h o t w a t e r a s r e d , a n d t h e l i q u i d t h a t a b s o r b s t h e s o l a r e n e r g y a s y e l l o w . M a t e r i a l s : B u n s e n b u r n e r ( o r h o t p l a t e ) 1 0 0 - m l g r a d u a t e d c y l i n d e r R i n g s t a n d t h e r m o m e t e r o r t e m p e r a t u r e p r o b e R i n g G o g g l e s C l a m p 2 0 0 m l y o u r c h o i c e o i l W i r e G a u z e 2 0 0 m l p r o p y l e n e g l y c o l S t r i n g ( 1 , 2 - p r o p a n e d i o l ) S c i s s o r s 2 0 0 m 1 y o u r c h o i c e l i q u i d A l u m i n u m s a m p l e 6 0 0 - m l b e a k e r 8 - o z f o a m c u p P r o c e d u r e : 1 . P u t 5 5 0 m 1 o f t a p w a t e r i n a 6 0 0 - m l b e a k e r . S e t o v e r a B u n s e n b u r n e r ( f a s t e r ) o r h o t p l a t e ( s e t o n h i g h ) . T h e w a t e r n e e d s t o b e d e e p e n o u g h t h a t t h e a l u m i n u m s a m p l e c a n b e c o m p l e t e l y i m m e r s e d w i t h o u t t o u c h i n g t h e b o t t o m . 2 . M a s s t h e a l u m i n u m s a m p l e a n d r e c o r d . 3 . T i e a s t r i n g t o t h e a l u m i n u m s a m p l e . D a n g l e i t d o w n i n t o t h e b e a k e r o f h e a t i n g w a t e r . W r a p t h e s t r i n g a r o u n d t h e c l a m p t o h o l d t h e s a m p l e a t t h e c o r r e c t h e i g h t . ( S e e fi g u r e 1 . ) 4 . L o o k u p t h e s p e c i fi c h e a t o f a l u m i n u m a n d r e c o r d . 5 . A f t e r t h e w a t e r c o m e s t o a b o i l , l e a v e t h e m e t a l s a m p l e i n t h e b o i l i n g w a t e r f o r 1 0 m i n u t e s . W h y ? 2 5 5 6 . W h i l e w a i t i n g f o r t h e 1 0 m i n u t e s t o p a s s , m a s s a n e m p t y f o a m c u p o r p u t i t o n a b a l a n c e a n d z e r o t h e b a l a n c e . A d d 2 0 0 m l o f p r o p y l e n e g l y c o l t o t h e c u p . R e c o r d t h e m a s s o f t h e p r o p y l e n e g l y c o l . 7 . R e c o r d t h e t e m p e r a t u r e o f t h e p r o p y l e n e g l y c o l i n t h e f o a m c u p a s i t s i n i t i a l t e m p e r a t u r e . 8 . R e c o r d t h e t e m p e r a t u r e o f t h e b o i l i n g w a t e r . T h i s w i l l b e t h e i n i t i a l t e m p e r a t u r e o f t h e a l u m i n u m . W h y c a n w e a s s u m e t h i s ? 9 . A f t e r b o i l i n g f o r 1 0 m i n u t e s , r e m o v e t h e a l u m i n u m f r o m t h e b o i l i n g w a t e r a n d d a n g l e i t i n t h e l i q u i d i n t h e f o a m c u p ( c a l o r i m e t e r ) . T a k e c a r e t h a t i t i s c o m p l e t e l y i m m e r s e d , b u t n o t t o u c h i n g t h e s i d e s o r b o t t o m o f t h e c u p . 1 0 . S t i r t h e l i q u i d g e n t l y w i t h t h e t h e r m o m e t e r a n d b y g e n t l y s w i r l i n g t h e a l u m i n u m . ( S e e fi g u r e 2 . ) E v e n w i t h s t i r r i n g y o u s h o u l d n o t e a d i f f e r e n c e i n t e m p e r a t u r e b e t w e e n t h e l i q u i d a t t h e t o p o f t h e c u p a n d t h e b o t t o m . W h y ? 1 1 . W h e n t h e t e m p e r a t u r e q u i t s r i s i n g , r e c o r d t h e t e m p e r a t u r e . B e s u r e t o h o l d t h e t h e r m o m e t e r h a l f w a y b e t w e e n t h e b o t t o m a n d t o p o f t h e c u p t o g e t a n a v e r a g e t e m p e r a t u r e . T h i s i s r e c o r d e d a s t h e fi n a l t e m p e r a t u r e f o r t h e p r o p y l e n e g l y c o l . I t i s a l s o t h e fi n a l t e m p e r a t u r e f o r t h e a l u m i n u m . W h y ? 1 2 . R e p e a t s t e p s 3 - 1 1 w i t h y o u r o t h e r t w o l i q u i d s . Y o u m a y h a v e t o a d d m o r e w a t e r t o t h e b o i l i n g w a t e r b e a k e r t o i n s u r e t h a t t h e a l u m i n u m c a n b e c o m p l e t e l y s u b m e r g e d . D a t a a n d O b s e r v a t i o n s : M a s s o f a l u m i n u m s a m p l e : S p e c i fi c h e a t o f a l u m i n u m : M a s s o f p r o p y l e n e g l y c o l : P r o p y l e n e g l y c o l : T ( i n i t i a l ) : T ( fi n a l ) : A l u m i n u m : T ( i n i t i a l ) : T ( fi n a l ) : M a s s o f o i l : o i l : T ( i n i t i a l ) : T ( fi n a l ) : A l u m i n u m : T ( i n i t i a l ) : T ( fi n a l ) : M a s s o f : g : T ( i n i t i a l ) : T ( fi n a l ) : A l u m i n u m : T ( i n i t i a l ) : T ( fi n a l ) : 2 5 6 C a l c u l a t i o n s : = m C A T A . S p e c i fi c H e a t o f P r o p y l e n e G l y c o l Q l o s t b y A l u m i n u m : ( m A l ) ( C A l ) ( A T A l ) T f - T 1 = ( ) ( ) ( - ) Q l o s t b y A l u m i n u m 2 : a n i n e d b y p r o p y l e n e g l y c o l a n i n e d b y p r o p y l e n e g l y c o l C p r o p y l e n e g l y c o l = ( m p r o p g l y c o l ) ( A T P r o p g l y c o l ) = ( ) ( - ) C p r o p y l e n e g l y c o l : % E r r o r = l l a b - a c c g p t e d I x 1 0 0 % = I I x 1 0 0 % = a c c e p t e d 2 5 7 B . S p e c i f i c H e a t o f O i l ( F o l l o w t h e f o r m a t o f p a r t A a b o v e ) C . S p e c i f i c H e a t o f 2 5 8 Q u e s t i o n : W h y c a n w e s a y t h a t t h e h e a t l o s t b y t h e a l u m i n u m e q u a l s t h e h e a t g a i n e d b y t h e l i q u i d ? A n a l y s i s a n d C o n c l u s i o n : W r i t e a p a r a g r a p h i n y o u r O W N w o r d s ( n o t y o u r l a b p a r t n e r ' s w o r d s ) . B e s u r e t o h a v e a s t a t e m e n t w h i c h t i e s b a c k t o t h e p u r p o s e o f t h e l a b . I n c l u d e p o s s i b l e r e a s o n s f o r y o u r p e r c e n t e r r o r , w a y s t h e p r o c e d u r e o r y o u r t e c h n i q u e c o u l d b e i m p r o v e d , a n d i d e a s f o r f o l l o w - u p s t u d i e s . T e l l w h a t l e d y o u t o c h o o s e t h e s e p a r t i c u l a r f o l l o w - u p s t u d i e s . 2 5 9 F i g u r e 1 o n S t u d e n t C o p y ) F i g u r e 8 3 H e a t i n g t h e M e t a l . F i g u r e 2 o n F i g u r e 8 4 H e a t L o s t b y t h e M e t a l i s G a i n e d b y t h e L i q u i d S t u d e n t C o p y ) 2 6 0 S p e c i fi c H e a t L a b F o r S o l a r C o l l e c t o r s T e a c h e r ’ s K e y P u r p o s e : T o fi n d s p e c i fi c h e a t s o f v a r i o u s l i q u i d s t o h e l p d e t e r m i n e w h i c h w o u l d b e b e s t s u i t e d f o r u s e i n a s o l a r c o l l e c t o r . B a c k g r o u n d Q u e s t i o n s : 3 . W h a t c h a r a c t e r i s t i c s w o u l d b e d e s i r a b l e f o r t h i s l i q u i d ? L o w f r e e z i n g p o i n t ( o n r o o f i n M i c h i g a n i n w i n t e r ) L o w s p e c i f i c h e a t ( h e a t u p q u i c k , t r a n s f e r h e a t q u i c k ) N o n v i s c o u s ( f l o w t h r o u g h t h e s y s t e m q u i c k l y a n d s m o o t h l y ) N o n t o x i c ( i n c a s e i t l e a k s i n t o t h e d r i n k i n g w a t e r ) H i g h b o i l i n g p o i n t ( I t ’ s t e m p e r a t u r e c a n n e v e r b e h o t t e r t h a n b o i l i n g a n d w e d o n ’ t w a n t s t e a m — i t w o u l d e x p a n d t o o m u c h a n d b l o w a h o l e i n t h e s y s t e m . ) S t a b l e a t h i g h t e m p e r a t u r e s ( L i q u i d i n t h e m a n i f o l d c a n g e t t o o v e r 2 0 0 ° C d u r i n g p e r i o d s w h e r e n o o n e i s d r a w i n g o f f h o t w a t e r . G l y c o l s c a n b r e a k d o w n a t t h a t t e m p e r a t u r e , c o a t i n g t h e i n s i d e s o f t h e p i p e s w i t h t h e r e s u l t i n g t h i c k s l u d g e . A d d i t i v e s c a n m a k e i t m o r e s t a b l e . ) I n e x p e n s i v e a n d r e a d i l y a v a i l a b l e 4 . W h i c h o f t h e s e c h a r a c t e r i s t i c s a r e e a s i l y d e t e r m i n e d ? F r e e z i n g P o i n t : L o o k i t u p i n C R C o r F l i n n c a t a l o g o r o n b o t t l e ’ s l a b e l . B o i l i n g P o i n t : L o o k i t u p a s a b o v e , o r h e a t t o b o i l i n g a n d r e c o r d t e m p e r a t u r e . V i s c o s i t y : P u t s o m e i n a c l e a r c o n t a i n e r a n d t i p s i d e t o s i d e . T o x i c i t y : L o o k o n l i n e o r i n F l i n n c a t a l o g o r o n l a b e l o f b o t t l e . 3 . C o m m o n l i q u i d s u s e d i n s o l a r c o l l e c t o r s i n c o l d c l i m a t e s a r e p r o p y l e n e g l y c o l ( a n o n t o x i c a n t i fi ' e e z e ) a n d h y d r o c a r b o n o i l s . P i c k o n e a d d i t i o n a l l i q u i d y o u w o u l d l i k e t o t e s t : . P i c k w h i c h o i l y o u w o u l d l i k e t o t e s t : 4 . R e c o r d d a t a o f c h a r a c t e r i s t i c s l i s t e d i n n u m b e r 2 a b o v e f o r t h e 3 l i q u i d s : P r g y l e n e G l y c o l O i l F r e e z i n g P t : - 6 0 ° C B o i l i n g P t : 1 8 7 ° C V i s c o s i t y : L o w T o x i c i t y : N o n - T o x i c 2 6 1 5 . D r a w a l a b e l e d d i a g r a m o f a c l o s e d - l o o p a n t i f r e e z e h e a t e x c h a n g e r s y s t e m . S h o w c o l d w a t e r a s b l u e , w a r m / h o t w a t e r a s r e d , a n d t h e l i q u i d t h a t a b s o r b s t h e s o l a r e n e r g y a s y e l l o w . F l a t P l a i t ( N W - T o p V i e w F — _ _ ' . . . g , : s . . F A I ‘ 5 ” l e ‘ I . 6 ‘ “ i x ’ 1 ‘ . “ 4 4 : 2 . . . “ 0 , t ( i n " / “ g a r ‘ p l " ) F . 0 d . ( : i u - M ( f r o - “ f u n " h s n a i l I o t h e r s ) t o h o u s e - U . " “ u ‘ w " " ‘ . ° . L ‘ i . ” f . ‘ , * : . 9 " — l i q u i d h 5 ' S o l a r O ' C J I C ‘ I ' I ' M ( " i ' ’ J " . r u n ‘ i C 5 3 “ S W , 1 . . . L M u l l “ , T - u l : F i g u r e 8 5 C l o s e d - L o o p A n t i f r e e z e H e a t E x c h a n g e r S y s t e m ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) M a t e r i a l s : B u n s e n b u r n e r ( o r h o t p l a t e ) 1 0 0 - m l g r a d u a t e d c y l i n d e r R i n g s t a n d t h e r m o m e t e r o r t e m p e r a t u r e p r o b e R i n g G o g g l e s C l a m p 2 0 0 m l y o u r c h o i c e o i l W i r e G a u z e 2 0 0 m l p r o p y l e n e g l y c o l S t r i n g ( 1 , 2 - p r o p a n e d i o l ) S c i s s o r s 2 0 0 m l y o u r c h o i c e l i q u i d A l u m i n u m s a m p l e 6 0 0 - m l b e a k e r 8 — o z f o a m c u p P r o c e d u r e : 9 . P u t 5 5 0 m l o f t a p w a t e r i n a 6 0 0 - m l b e a k e r . S e t o v e r a B u n s e n b u r n e r ( f a s t e r ) o r h o t p l a t e ( s e t o n h i g h ) . T h e w a t e r n e e d s t o b e d e e p e n o u g h t h a t t h e a l u m i n u m s a m p l e c a n b e c o m p l e t e l y i m m e r s e d w i t h o u t t o u c h i n g t h e b o t t o m . 1 0 . M a s s t h e a l u m i n u m s a m p l e a n d r e c o r d . 1 1 . T i e a s t r i n g t o t h e a l u m i n u m s a m p l e . D a n g l e i t d o w n i n t o t h e b e a k e r o f h e a t i n g w a t e r . W r a p t h e s t r i n g a r o u n d t h e c l a m p t o h o l d t h e s a m p l e a t t h e c o r r e c t h e i g h t . ( S e e fi g u r e 1 . ) 1 2 . L o o k u p t h e s p e c i fi c h e a t o f a l u m i n u m a n d r e c o r d . 1 3 . A f t e r t h e w a t e r c o m e s t o a b o i l , l e a v e t h e m e t a l s a m p l e i n t h e b o i l i n g w a t e r f o r 1 0 m i n u t e s . W h y ? S o t h a t t h e m e t a l w i l l h a v e t i m e t o c o m e t o t h e r m a l e g u i l i b r i u m w i t h t h e b o i l i n g w a t e r . 2 6 2 1 4 . W h i l e w a i t i n g f o r t h e 1 0 m i n u t e s t o p a s s , m a s s a n e m p t y f o a m c u p o r p u t i t o n a b a l a n c e a n d z e r o t h e b a l a n c e . A d d 2 0 0 m l o f p r o p y l e n e g l y c o l t o t h e c u p . R e c o r d t h e m a s s o f t h e p r o p y l e n e g l y c o l . 1 5 . R e c o r d t h e t e m p e r a t u r e o f t h e p r o p y l e n e g l y c o l i n t h e f o a m c u p a s i t s i n i t i a l t e m p e r a t u r e . 1 6 . R e c o r d t h e t e m p e r a t u r e o f t h e b o i l i n g w a t e r . T h i s w i l l b e t h e i n i t i a l t e m p e r a t u r e o f t h e a l u m i n u m . W h y c a n w e a s s u m e t h i s ? B e c a u s e t h e a l u m i n u m h a d c o m e t o t h e r m a l e q u i l i b r i u m w i t h t h e b o i l i g g w a t e r . 9 . A f t e r b o i l i n g f o r 1 0 m i n u t e s , r e m o v e t h e a l u m i n u m f r o m t h e b o i l i n g w a t e r a n d d a n g l e i t i n t h e l i q u i d i n t h e f o a m c u p ( c a l o r i m e t e r ) . T a k e c a r e t h a t i t i s c o m p l e t e l y i m m e r s e d , b u t n o t t o u c h i n g t h e s i d e s o r b o t t o m o f t h e c u p . 1 0 . S t i r t h e l i q u i d g e n t l y w i t h t h e t h e r m o m e t e r a n d b y g e n t l y s w i r l i n g t h e a l u m i n u m . ( S e e fi g u r e 2 . ) E v e n w i t h s t i r r i n g y o u s h o u l d n o t e a d i f f e r e n c e i n t e m p e r a t u r e b e t w e e n t h e l i q u i d a t t h e t o p o f t h e c u p a n d t h e b o t t o m . W h y ? W a r m l i q u i d i s l e s s d e n s e , s o m o r e b u o y a n t . 1 1 . W h e n t h e t e m p e r a t u r e q u i t s r i s i n g , r e c o r d t h e t e m p e r a t u r e . B e s u r e t o h o l d t h e t h e r m o m e t e r h a l f w a y b e t w e e n t h e b o t t o m a n d t o p o f t h e c u p t o g e t a n a v e r a g e t e m p e r a t u r e . T h i s i s r e c o r d e d a s t h e fi n a l t e m p e r a t u r e f o r t h e p r o p y l e n e g l y c o l . I t i s a l s o t h e fi n a l t e m p e r a t u r e f o r t h e a l u m i n u m . W h y ? W h e n t h e t e _ m p e r a t u r e q _ i _ i i t s c h a n g i n g a t a f a s t r a t e , t h e a l u m i n u m h a s c o m e t o t h e r m a l m i l i b r i u m w i t h — t h e w a t e r . 1 2 . R e p e a t s t e p s 3 - 1 1 w i t h y o u r o t h e r t w o l i q u i d s . Y o u m a y h a v e t o a d d m o r e w a t e r t o t h e b o i l i n g w a t e r b e a k e r t o i n s u r e t h a t t h e a l u m i n u m c a n b e c o m p l e t e l y s u b m e r g e d . D a t a a n d O b s e r v a t i o n s : M a s s o f a l u m i n u m s a m p l e : S p e c i fi c h e a t o f a l u m i n u m : 9 0 3 J / K g K M a s s o f p r o p y l e n e g l y c o l : P r o p y l e n e g l y c o l : T ( i n i t i a l ) : T ( fi n a l ) : A l u m i n u m : T ( i n i t i a l ) : T ( fi n a l ) : M a s s o f c a n o l a ? o i l : C a n o l a ? o i l : T ( i n i t i a l ) : T ( fi n a l ) : A l u m i n u m : T ( i n i t i a l ) : T ( fi n a l ) : M a s s o f S t u d e n t ’ s C h o i c e : g S t u d e n t ’ s C h o i c e : T ( i n i t i a l ) : T ( fi n a l ) : A l u m i n u m : T ( i n i t i a l ) : T ( fi n a l ) : 2 6 3 C a l c u l a t i o n s : Q = m C A T A . S p e c i fi c H e a t o f P r o p y l e n e G l y c o l Q l o s t b y A l u m i n u m : ( m A l ) ( C A l ) ( A T A I ) T f ' T 1 = ( ) ( ) ( - ) Q l o s t b y A l u m i n u m : : a n i n e d b y p r o p y l e n e g l y c o l a n i n e d b y p r o p y l e n e g l y c o l C p r o p y l e n e g l y c o l = ( m p r o p g l y c o l ) ( A T P r o p g l y c o l ) = ( ) ( - ) C p r o p y l e n e g l y c o l = % E r r o r = _ I L i b - a c c e p t e d I x 1 0 0 % = I I x 1 0 0 % = a c c e p t e d 2 6 4 B . S p e c i fi c H e a t o f O i l ( F o l l o w t h e f o r m a t o f p a r t A a b o v e ) C . S p e c i fi c H e a t o f 2 6 5 Q u e s t i o n : W h y c a n w e s a y t h a t t h e h e a t l o s t b y t h e a l u m i n u m e q u a l s t h e h e a t g a i n e d b y t h e l i q u i d ? T h e h e a t h a s t o g o s o m e w h e r e . I f t h e m e t a l i s c o m p l e t e l y i m m e r s e d i n t h e l i q u i d , t h e r e i s n o w h e r e f o r t h e h e a t t o g o e x c e p t i n t o t h e w a t e r . B u t n o t e t h a t e v e n t u a l l y s o m e o f t h e h e a t g a i n e d b y t h e w a t e r w i l l b e l o s t o u t i n t o t h e a i r o r g a i n e d b y t h e f o a m c u p . H o w e v e r , t h e a m o u n t i s n e g l i g i b l e d u e t o t h e i m p r e c i s i o n o f t h e t h e r m o m e t e r . A n a l y s i s a n d C o n c l u s i o n : W r i t e a p a r a g r a p h i n y o u r O W N w o r d s ( n o t y o u r l a b p a r t n e r ' s w o r d s ) . B e s u r e t o h a v e a s t a t e m e n t w h i c h t i e s b a c k t o t h e p u r p o s e o f t h e l a b . I n c l u d e p o s s i b l e r e a s o n s f o r y o u r p e r c e n t e r r o r , w a y s t h e p r o c e d u r e o r y o u r t e c h n i q u e c o u l d b e i m p r o v e d , a n d i d e a s f o r f o l l o w - u p s t u d i e s . T e l l w h a t l e d y o u t o c h o o s e t h e s e p a r t i c u l a r f o l l o w - u p s t u d i e s . P o s s i b l e r e s p o n s e : W e c o n c l u d e d t h a t w o u l d b e t h e b e t t e r o p t i o n f o r a s o l a r c o l l e c t o r . I t h a s a l o w e r s p e c i fi c h e a t s o w o u l d h e a t u p q u i c k l y b e f o r e i t c i r c u l a t e d o u t o f t h e c o l l e c t o r , a n d i t w o u l d t r a n s f e r i t s h e a t q u i c k l y t o t h e w a t e r i n t h e h e a t e x c h a n g e r . O n e r e a s o n f o r t h e l a r g e p e r c e n t e r r o r o f _ % c o u l d b e d u e t o t h e a l u m i n u m s t i c k i n g u p a b o v e t h e s u r f a c e o f t h e p r o p y l e n e g l y c o l . I t s h o u l d h a v e b e e n t o t a l l y i m m e r s e d . S o m e o f t h e h e a t i t l o s t d i d n o t g o i n t o t h e w a t e r . U s i n g m o r e p r o p y l e n e g l y c o l c o u l d s o l v e t h a t p r o b l e m f o r f u t u r e t r i a l s . A l o g i c a l f o l l o w - u p s t u d y w o u l d b e t o p u t t h e h o t l i q u i d s i n a t u b e , f l o w t h e t u b e s t h r o u g h w a t e r a n d s e e h o w m u c h t h e w a t e r t e m p e r a t u r e c h a n g e s . W e c h o s e t h i s i d e a b e c a u s e i t a c t u a l l y s i m u l a t e s t h e e n v i r o n m e n t i n a s o l a r h o t w a t e r s y s t e m . 2 6 6 A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N T H E S P E C I F I C H E A T L A B S t u d e n t s c a m e u p w i t h a l o t o f g r e a t i d e a s f o r c h a r a c t e r i s t i c s t h a t w o u l d b e d e s i r a b l e f o r t h e l i q u i d i n t h e m a n i f o l d o f a s o l a r c o l l e c t o r . T h e y s e e m e d t o e n j o y t h e b r a i n s t o r m i n g a n d p r o b l e m s o l v i n g a s p e c t s a n d a c t e d p r o u d w h e n t h e y c a m e u p w i t h a n i d e a . O n e s t u d e n t c a m e u p w i t h i m p o r t a n t c o n s i d e r a t i o n s I h a d n o t t h o u g h t o f — t h a t t h e l i q u i d b e i n e x p e n s i v e a n d e a s y t o g e t . I a d d e d t h o s e t o m y t e a c h e r ’ s k e y . T h e r e w a s a l o t o f v e r b a l p a r t i c i p a t i o n f r o m t h e c l a s s a s a w h o l e f o r t h e s e c o n d b a c k g r o u n d q u e s t i o n a l s o , “ W h i c h o f t h e s e c h a r a c t e r i s t i c s i s e a s i l y d e t e r m i n e d ? ” S t u d e n t s a l s o s e e m e d t o h a v e f u n c o m i n g u p w i t h i d e a s f o r t h e t h i r d l i q u i d t o t e s t . S o m e s u g g e s t e d G a t o r A i d . W e t a l k e d a b o u t i t b e i n g m o s t l y w a t e r . T h e y d e c i d e d t h a t w o u l d p o s e a p r o b l e m a s i t c o u l d f r e e z e d u r i n g t h e w i n t e r m o n t h s . O t h e r i d e a s t h a t s t u d e n t s c a m e u p w i t h i n c l u d e d s a l t w a t e r , r u b b i n g a l c o h o l a n d a n e t h y l e n e g l y c o l - a l c o h o l m i x . E t h y l e n e g l y c o l i s r e g u l a r a n t i f r e e z e s o i t i s c h e a p a n d r e a d i l y a v a i l a b l e . W e d i s c u s s e d t h e f a c t t h a t i f s o m e k i n d o f a l e a k d e v e l o p e d i n t h e h e a t e x c h a n g e r v i c i n i t y , t h e p o i s o n o u s l i q u i d i n t h e m a n i f o l d w o u l d g e t i n t o t h e h o u s e h o l d w a t e r . T h e y d e c i d e d t h a t t h e e x t r a c o s t o f t h e n o n - t o x i c p r o p y l e n e g l y c o l w o u l d b e w o r t h i t f o r s a f e t y r e a s o n s . A t t h e e n d o f c l a s s t h a t d a y s t u d e n t s h a d a f e w m i n u t e s t o l o o k u p t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e l i q u i d s t h e y c h o s e t o t e s t . I h a d F l i n n c a t a l o g s , t h e C R C H a n d b o o k o f C h e m i s t r y a n d P h y s i c s a n d t w o c o m p u t e r s a v a i l a b l e . T h e d a y t h a t w e p e r f o r m e d t h e l a b , s t u d e n t s h a d t i m e t o t e s t o n l y t w o s u b s t a n c e s . a n d s o m e o f t h o s e s t u d e n t s s t i l l h a d t o g e t l a t e p a s s e s t o t h e i r n e x t c l a s s . T h e n e x t m o r n i n g o n e s t u d e n t c a m e i n b e f o r e s c h o o l t o g e t h e l p o n t h e c a l c u l a t i o n s f o r t h e l a b . I a s k e d h e r i f s h e r e m e m b e r e d u s i n g t h e f o r m u l a i n c h e m i s t r y . S h e s a i d s h e h a d 2 6 7 h a d ‘ c h e m i s t r y t w o y e a r s a g o a n d d i d n ’ t r e m e m b e r t h e r m o c h e m i s t r y a t a l l . I g u i d e d h e r t h r o u g h t h e c a l c u l a t i o n s . T h e l a b w a s d u e t h e n e x t m o r n i n g . N o n e o f t h e s t u d e n t s h a d l o o k e d u p t h e a c c e p t e d v a l u e s f o r s p e c i fi c h e a t s . T h e y n e e d e d t h a t i n f o r m a t i o n t o b e a b l e t o c a l c u l a t e p e r c e n t e r r o r . I w r o t e t h e a c c e p t e d v a l u e s o n t h e b o a r d a n d t o l d t h e m t h e y h a d a c o u p l e o f m i n u t e s t o d o t h e p e r c e n t e r r o r c a l c u l a t i o n s . M o s t s t u d e n t s h a d t r o u b l e w i t h t h i s c a l c u l a t i o n . A fi r e d r i l l i n t e r r u p t e d u s b e f o r e t h e s t u d e n t s fi n i s h e d t h e c a l c u l a t i o n s . S o m e o f t h e m l o s t t h e i r f o c u s . A n d t h e d r i l l i t s e l f a d d e d t o t h e t i m e l o s t o v e r h a v i n g t o s p e n d t i m e h e l p i n g t h e m w i t h t h e m a t h . S o o v e r a l l , t h e l a b t o o k a b o u t 4 0 m i n u t e s l o n g e r t h a n I h a d p l a n n e d , i n c l u d i n g t h e t i m e i t w o u l d h a v e t a k e n t o t e s t t h e t h i r d l i q u i d . 2 6 8 A P P E N D I X I V C F O U R A R T I C L E S O N A B S O R B A N C E A N D S O L A R H E A T I N G W E B A D D R E S S E S 1 . E x p e r i m e n t a l E v a l u a t i o n o f a S i n g l e - B a s i n S o l a r S t i l l U s i n g D i f f e r e n t A b s o r b i n g M a t e r i a l s . 2 0 0 6 . W r i t t e n b y A k a s h , B . A . , e t a l . J o u r n a l o f R e n m b l e E n e r g y , I S S N 0 9 6 0 - 1 4 8 1 T o v i e w a r t i c l e : h t t p : / / c a t . i n i s t . fi / ? a M o d e l e = a f fi c h e N & c p s i d t = 1 5 9 3 4 9 6 2 . S o l a r H e a t S e l e c t i v e A b s o r b i n g M a t e r i a l a n d i t s M a n u f a c t u r i n g M e t h o d A b s t r a c t o f p a t e n t I n v e n t o r s : K a g e c h i a n d F u j i m o t o F i l i n g d a t e : 1 0 / 1 9 / 1 9 8 7 T o v i e w a b s t r a c t : h t t p : / / w w w . f r e e p a t c n t s o n l i n e . c o m / 4 9 3 7 l 3 7 . h t m l 3 . S u s t a i n a b l e D e s i g n , Z e r o - E n e r g y , P a s s i v e S o l a r , H i g h T h e r m a l M a s s H T M , P r a c t i c a l E a r t h H o m e C o n s t r u c t i o n C o n s u l t a t i o n f o r h o m e o w n e r - b u i l d e r s T o v i e w a r t i c l e : h t t p : / / w w w . t h e n a t u r a l h o m e . c o m / p a s s i v e s o l a r . h t m l T h i s i s a c o m m e r c i a l s i t e t h a t s e l l s h o m e b u i l d i n g s u p p l i e s . I p r i n t e d o f f o n l y p a g e o n e f o r t h e s t u d e n t s . 4 . S o l a r E n e r g y f o r H o m e s N E S E A T o v i e w a r t i c l e : h t t p : / / w w w . n e s e a . o r g / b u i l d i n g s / p a s s i v e . h t m l A l l s i x p a g e s a r e g o o d . T h e b e s t p a r t s f o r t h e l e s s o n p l a n a r e o n p a g e s 5 a n d 6 u n d e r “ S u n S p a c e s ” . 2 6 9 A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y F o r a r t i c l e s 1 , 2 a n d 3 , I g a v e s t u d e n t s o n l y t h e fi r s t p a g e . I g a v e t h e m a l l s i x p a g e s o f t h e f o u r t h a r t i c l e . S o m e o f t h e a r t i c l e s w e r e v e r y t e c h n i c a l , b u t I w a n t e d t o e x p o s e t h e m t o a r e a l j o u r n a l a r t i c l e a n d a r e a l p a t e n t . T h e y c o u l d c o m p a r e t h o s e t o t h e t w o t h a t w e r e w r i t t e n m o r e f o r t h e g e n e r a l p u b l i c . T h e c o p i e s I g a v e t h e s t u d e n t s h a d a r r o w s , b r a c k e t s a n d h a n d w r i t t e n n o t e s t e l l i n g t h e m w h i c h p a r t s t o f o c u s o n . I fi g u r e d i f I d i d n o t d o t h a t , m a n y s t u d e n t s w o u l d i m m e d i a t e l y f e e l o v e r w h e l m e d . S t u d e n t s w e r e a s k e d t o s k i m t h e a r t i c l e s a n d h i g h l i g h t w i t h y e l l o w t h e p a r t s t h e y f e l t w e r e m o s t i m p o r t a n t o r t h a t t h e y f o u n d m o s t i n t e r e s t i n g . D u r i n g r e a d i n g a n d h i g h l i g h t i n g , s i x o f t h e s t u d e n t s t o o k t h e i r t i m e a n d r e a d e v e r y w o r d . I a m a s s u m i n g t h a t i s b e c a u s e t h e a r t i c l e s i n t e r e s t e d t h e m . 2 7 0 A P P E N D I X I V D A B S O R B A N C E A N D E M I S S I O N H E A T I N G S O L A R S P A C E S P u r p o s e : T o e v a l u a t e v a r i o u s m a t e r i a l s f o r t h e i r s u i t a b i l i t y a s m a t e r i a l s f o r s o l a r s p a c e h e a t i n g a p p l i c a t i o n s . B a c k g g o u n d : I n t h e s o l a r c o l l e c t o r t h e r e i s a n a b s o r b e r p l a t e t h a t a b s o r b s e l e c t r o m a g n e t i c r a d i a t i o n f r o m t h e s u n a n d t h e n e m i t s i n f r a r e d w a v e s b a c k i n t o t h e c o l l e c t i o n b o x . I n a r c h i t e c t u r e , c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s c a n b e u s e d t o s o a k u p t h e e l e c t r o m a g n e t i c w a v e s . I d e a l l y t h e m a t e r i a l w i l l c o o l s l o w l y a n d c o n t i n u e e m i t t i n g b e a t a l l t h r o u g h t h e n i g h t t o w a r m t h e a i r i n t h e r o o m , w h i c h c a n b e b l o w n i n t o t h e r e s t o f t h e h o u s e a s n e e d e d . A r o o m b u i l t e s p e c i a l l y f o r t h i s p u r p o s e ( n o r m a l l y o n t h e s o u t h s i d e o f t h e h o u s e ) i s o f t e n c a l l e d a s o l a r s p a c e o r s o l a r r o o m . 1 . T h e s u n e m i t s a l l f r e q u e n c i e s o f t h e e l e c t r o m a g n e t i c s p e c t r u m . S k e t c h t h e s p e c t r u m b e l o w . L a b e l w h i c h e n d i s h i g h / l o w f r e q u e n c y , l o n g / s h o r t w a v e l e n g t h a n d h i g h / l o w e n e r g y . C i r c l e t h e w a v e t y p e w h o s e c o m m o n n a m e i s “ h e a t ” . 2 . D r a w , u s i n g a p e n c i l , n o t a p e n , a g l a s s r o o m o n t h e s o u t h s i d e o f a h o u s e . U s e a r r o w s t o r e p r e s e n t e l e c t r o m a g n e t i c w a v e s : a ) r e fl e c t i n g o f f t h e t r a n s p a r e n t m a t e r i a l b ) b e i n g r e f r a c t e d b y t h e t r a n s p a r e n t m a t e r i a l c ) e x i t i n g t h e o p p o s i t e s i d e o f t h e t r a n s p a r e n t m a t e r i a l ( 1 ) r e fl e c t i n g o f f t h e c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s i n s i d e t h e r o o m e ) b e i n g a b s o r b e d b y t h e c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s i n s i d e t h e r o o m 0 e x i t i n g t h e o p p o s i t e s i d e o f t h e c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l g ) b e i n g e m i t t e d b y t h e c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l * * L a b e l t h e a r r o w s w i t h t h e fi ' e q u e n c i e s t h a t t h e y r e p r e s e n t . 2 7 1 3 . C o n s i d e r i n g t h e d r a w i n g y o u m a d e i n n u m b e r 2 a b o v e , a ) b ) d ) W h a t e f f e c t d o e s t h e t r a n s p a r e n t m e d i a ( g l a s s , p l a s t i c , e t c ) h a v e o n t h e l i g h t r a y s ? W h i c h f r e q u e n c y a r e w e a t t e m p t i n g t o m a x i m i z e a n d h a r v e s t ? W h y i s i t b e n e fi c i a l f o r t h e t r a n s p a r e n t m e d i a t o a b s o r b o r r e fl e c t I R a n d n o t b e n e fi c i a l f o r i t t o t r a n s m i t I R ? W h a t e f f e c t t o t h e c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s h a v e o n t h e l i g h t r a y s ? W h a t p r o p e r t i e s o f m a t e r i a l s a f f e c t t h e a m o u n t o f i n f r a r e d t h a t c a n b e h a r v e s t e d ? 2 7 2 4 . a ) I n t h e c a s e o f a s o l a r c o l l e c t o r , d o y o u w a n t t h e a b s o r b e r t o h e a t u p / c o o l d o w n f a s t o r s l o w ? W h y ? b ) I n t h e c a s e o f t h e s o l a r r o o m , d o y o u w a n t t h e c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s t o h e a t u p / c o o l d o w n f a s t o r s l o w ? W h y ? c ) M a t e r i a l s w i t h a h i g h s p e c i fi c h e a t w o u l d b e b e s t f o r : ( 1 ) M a t e r i a l s w i t h a l o w s p e c i fi c h e a t w o u l d b e b e s t f o r : e ) H o w c a n y o u m i n i m i z e l o s s o f i n f r a r e d w a v e s f r o m t h e c o l l e c t o r o r s o l a r r o o m ? D i s c u s s a n d g o o v e r 1 - 4 . W i t h y o u r g r o u p , d e c i d e o n 3 m a t e r i a l s t h a t y o u w o u l d l i k e t o t e s t . D o t h e q u e s t i o n s u n d e r t h e m a t e r i a l s s e c t i o n . G e t t e a c h e r a p p r o v a l f o r y o u r 3 m a t e r i a l s . 2 7 3 M a t e r i a l s : 3 p l a s t i c d i s h p a n s ( t u b s ) A l u m i n u m f o i l 3 d i g i t a l t h e r m o m e t e r s B l a c k c l o t h o r b l a c k s p r a y p a i n t F o a m t o fi t a r o u n d e d g e s o f t u b s ( y o u r c h o i c e ) S c i s s o r s 3 m a t e r i a l s ( y o u r c h o i c e ) B a l a n c e ( t h a t c a n a c c o m m o d a t e t h e C o n t a i n e r s f o r m a t e r i a l s i f a t l e a s t o n e h e a v y w e i g h t s ) r e q u i r e s a c o n t a i n e r T a p e m e a s u r e o r r u l e r T i m e p i e c e 3 - 1 2 x 1 4 ” p i e c e s o f g l a s s o r C a r d b o a r d , w o o d o r t h i c k c l o t h c a p a b l e T r a n s p a r e n t p l a s t i c o f c o v e r i n g a l l 3 t u b s a t o n c e M a t e r i a l s Q u e s t i o n s : 1 . I f y o u a r e t r y i n g t o h a v e o n l y o n e v a r i a b l e ( t h e i d e n t i t y o f t h e m a t e r i a l ) a n d t h e m a t e r i a l s a r e t w o d i f f e r e n t c o l o r s , h o w c a n y o u e l i m i n a t e t h e u n w a n t e d v a r i a b l e ? 2 . W h a t o t h e r v a r i a b l e s d o y o u n e e d t o e l i m i n a t e ? D i s c u s s v o l u n t e e r s f o r c o l l e c t i n g d a t a o u t s i d e o f c l a s s . S e e n u m b e r 1 0 u n d e r p r o c e d u r e . P r o c e d u r e : 1 . A t t e m p t t o g e t y o u r 3 c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s a s c l o s e t o t h e s a m e m a s s a s p o s s i b l e . R e c o r d t h e fi n a l m a s s o f e a c h . 2 . F i n d 3 d i g i t a l t h e r m o m e t e r s t h a t r e a d t h e s a m e t e m p e r a t u r e ( o r a s c l o s e t o t h e s a m e t e m p e r a t u r e a s p o s s i b l e ) . 3 . L i n e 3 d i s h p a n s w i t h a l i n n i n u m f o i l . 4 . S e t t h e 3 d i s h p a n s o u t s i d e w h e r e t h e y w i l l r e c e i v e f u l l s u n a n d n o s h a d o w u n t i l s u n s e t . 5 . L a y a d i f f e r e n t c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l i n t h e b o t t o m o f e a c h o n e . P u t a m a s k i n g t a p e l a b e l i n p l a i n v i e w i n s i d e e a c h t u b . I t s h o u l d i n c l u d e y o u r n a m e s a n d t h e t y p e o f m a t e r i a l . 6 . W r a p t h e m a t e r i a l i n b l a c k c l o t h i f y o u h a v e n o t o t h e r w i s e c o r r e c t e d f o r c o l o r d i f f e r e n c e s . 7 . P u t f o a m a r o u n d t h e e d g e s o f t h e d i s h p a n s a n d l a y t h e t r a n s p a r e n t g l a z i n g ( g l a s s o r p l a s t i c ) o v e r t h e t o p . B e s u r e t h e r e a r e n o a i r h o l e s . ( P h o t o o n l a s t p a g e . ) 2 7 4 8 . R e c o r d t h e t e m p e r a t u r e s h o w n o n a l l t h r e e t h e r m o m e t e r s b e f o r e p l a c i n g t h e m i n t h e d i s h p a n s . 9 . I n s e r t t h e p r o b e s b e t w e e n t h e f o a m a n d t h e t u b e d g e , b e i n g c a r e f u l t h a t t h e y a r e o r i e n t e d i n t h e s a m e w a y i n e a c h t u b . R e c o r d t h e t e m p e r a t u r e s a n d t h e t i m e . 1 0 . T a k e t e m p e r a t u r e r e a d i n g s e v e r y 3 m i n u t e s f o r 2 4 m i n u t e s . 1 1 . ( I f n o o n e c a n c o m e i n t o t a k e r e a d i n g s d u r i n g t h e e v e n i n g a n d b e f o r e s u n r i s e , c o v e r a l l t h r e e t u b s w i t h w o o d , c a r d b o a r d , o r c l o t h a n d c o n t i n u e t o t a k e r e a d i n g s f o r t h e r e m a i n d e r o f t h e c l a s s p e r i o d a s t h e s y s t e m c o o l s d o w n . ) 1 2 . I f s o m e o n e w i l l b e c o m i n g i n t o t a k e r e a d i n g s w h e n t h e s u n i s n o t u p , j u s t c o n t i n u e t o t a k e r e a d i n g s f o r t h e r e m a i n d e r o f t h e c l a s s p e r i o d . 1 3 . V o l u n t e e r s t o c o l l e c t t e m p e r a t u r e r e a d i n g s o n A L L t u b s : T o d a y T o m o r r o w A f t e r 1 S t H o u r 2 n d H r 3 r d H r 4 t h H r 5 t h H r 6 t h H r A f t e r S c h o o l : A f t e r S p o r t s e t c : A f t e r D a r k : B e f o r e S u n r i s e : 1 4 . D a y 2 i n c l a s s : R e c o r d d a t a t h a t o t h e r s t u d e n t s t o o k f o r y o u . D a t a a n d O b s e r v a t i o n s : ( R e c o r d i n p e n . C o r r e c t e r r o r s i n r e c o r d i n g b y d r a w i n g a s i n g l e l i n e t h r o u g h t h e e r r o r s o i t i s s t i l l r e a d a b l e . ) 2 7 5 A n a l y s i s o f D a t a : U s e t h e t e m p e r a t u r e d a t a t o p l o t a l i n e g r a p h o n g r a p h p a p e r o f a l l t h r e e b o x e s o n t h e s a m e g r a p h . C a l c u l a t e s l o p e s ( r a t e o f c h a n g e o f t e m p e r a t u r e ) b e l o w . N o t e o t h e r d i f f e r e n c e s o r s i m i l a r i t i e s i n t h e t h r e e s e t s o f d a t a . S h o w c a l c u l a t i o n s b e l o w . A t t a c h t h e g r a p h p a p e r . C o n c l u s i o n : W r i t e a p a r a g r a p h o r t w o i n y o u r O W N w o r d s w h i c h t i e s b a c k t o t h e p u r p o s e o f t h e l a b . I n c o r p o r a t e o p t i c s v o c a b u l a r y . B e s u r e t o u s e y o u r a n a l y s i s o f t h e e m p i r i c a l d a t a t o b a c k u p t h e c l a i m y o u m a k e i n t h e c o n c l u s i o n . I n c l u d e w h i c h a b s o r p t i o n , t r a n s m i s s i o n , r e fl e c t i o n , e m i s s i o n p r o p e r t i e s w o u l d b e i d e a l f o r t h e a b s o r b e r i n a s o l a r c o l l e c t o r , c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s t o a b s o r b h e a t i n a s o l a r r o o m , g l a z i n g o n a c o l l e c t o r , a n d t h e w i n d o w o f t h e s o l a r r o o m . A l s o i n c l u d e a l l o t h e r r e q u i r e m e n t s m e n t i o n e d i n o u r s h e e t o n F o r m a t f o r a L a b W r i t e - U p . 2 7 6 F i g u r e 8 6 S o l a r C o l l e c t o r s w i t h B l a c k A b s o r b e r s 2 7 7 [ O . N I 9 " c N n ' d u v e , g m y : ‘ m ' I “ M I , 3 “ 5 . " ' 5 y ‘ 1 0 ” _ ! ‘ V » s ‘ 9 9 - p a m e r ( T E A C H E R ’ S K E Y A b s o r b a n c e a n d E m i s s i o n L a b H e a t i n g S o l a r S p a c e s P u r p o s e : T o e v a l u a t e v a r i o u s m a t e r i a l s f o r t h e i r s u i t a b i l i t y a s m a t e r i a l s f o r s o l a r s p a c e h e a t i n g a p p l i c a t i o n s . B a c k g g o u n d : I n t h e s o l a r c o l l e c t o r t h e r e i s a n a b s o r b e r p l a t e t h a t a b s o r b s e l e c t r o m a g n e t i c r a d i a t i o n f r o m t h e s u n a n d t h e n e m i t s i n fi a r e d w a v e s b a c k i n t o t h e c o l l e c t i o n b o x . I n a r c h i t e c t u r e , c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s c a n b e u s e d t o s o a k u p t h e e l e c t r o m a g n e t i c w a v e s . I d e a l l y t h e m a t e r i a l w i l l c o o l s l o w l y a n d c o n t i n u e e m i t t i n g b e a t a l l t h r o u g h t h e n i g h t t o w a r m t h e a i r i n t h e r o o m , w h i c h c a n b e b l o w n i n t o t h e r e s t o f t h e h o u s e a s n e e d e d . A r o o m b u i l t e s p e c i a l l y f o r t h i s p u r p o s e ( n o r m a l l y o n t h e s o u t h s i d e o f t h e h o u s e ) i s o f t e n c a l l e d a s o l a r s p a c e o r s o l a r r o o m . 1 . T h e s u n e m i t s a l l f r e q u e n c i e s o f t h e e l e c t r o m a g n e t i c s p e c t r u m . S k e t c h t h e s p e c t r u m b e l o w . L a b e l w h i c h e n d i s h i g h / l o w f r e q u e n c y , l o n g / s h o r t w a v e l e n g t h a n d h i g h / l o w e n e r g y . C i r c l e t h e w a v e t y p e w h o s e c o m m o n n a m e i s “ h e a t ” . r i l : i 3 h ‘ 1 ’ M ” " I " w h e n . " m i 3 “ “ " x m a n u r e F i g u r e 8 7 E l e c t r o m a g n e t i c S p e c t r u m ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) 2 . D r a w , u s i n g a p e n c i l , n o t a p e n , a g l a s s r o o m o n t h e s o u t h s i d e o f a h o u s e . U s e a r r o w s t o r e p r e s e n t e l e c t r o m a g n e t i c w a v e s : r e fl e c t i n g o f f t h e t r a n s p a r e n t m a t e r i a l b e i n g r e fl e c t e d b y t h e t r a n s p a r e n t m a t e r i a l e x i t i n g t h e o p p o s i t e s i d e o f t h e t r a n s p a r e n t m a t e r i a l r e fl e c t i n g o f f t h e c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s i n s i d e t h e r o o m b e i n g a b s o r b e d b y t h e c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s i n s i d e t h e r o o m e x i t i n g t h e o p p o s i t e s i d e o f t h e c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l b e i n g e m i t t e d b y t h e c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l 2 7 8 " L a b e l t h e a r r o w s w i t h t h e f r e q u e n c i e s t h a t t h e y r e p r e s e n t . a a / L 9 ) " " . 9 y / s e w n “ “ W e ? . \ \ / ’ . l i ) u s e ! “ 0 5 / 9 3 : ! “ . I ’ X v 0 " C R . " a t I ’ ‘ ( ‘ ) s $ : : ' — I z m u é n u k ‘ J ) w " ’ 9 ’ 9 ‘ _ s " ‘ H ( L e i e l m O d i n a t , m ‘ ) n o d u l e ” M u 3 * F i g u r e 8 8 O p t i c s i n a G l a s s R o o m ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) 3 . C o n s i d e r i n g t h e d r a w i n g y o u m a d e i n n u m b e r 2 a b o v e , a . W h a t e f f e c t d o e s t h e t r a n s p a r e n t m e d i a ( g l a s s , p l a s t i c , e t c ) h a v e o n t h e l i g h t r a y s ? I t a b s o r b s U V , r e f l e c t s s o m e v i s i b l e , a n d r e f r a c t s t h e f r e q u e n c i e s t h a t a r e t r a n s m i t t e d t h r o u g h . S o t h e t r a n s p a r e n t m e d i a d e t e r m i n e s w h i c h f r e q u e n c i e s e n t e r t h e r o o m . b . W h i c h f r e q u e n c y a r e w e a t t e m p t i n g t o m a x i m i z e a n d h a r v e s t ? I n f r a r e d c . W h y i s i t b e n e fi c i a l f o r t h e t r a n s p a r e n t m e d i a t o a b s o r b o r r e fl e c t I R a n d n o t b e n e fi c i a l f o r i t t o t r a n s m i t I R ? T h e a b s o r b e r a b s o r b s a w i d e r a n g e o f f r e q u e n c i e s a n d r a d i a t e s t h e m a l l b a c k o u t a s I R ( h e a t ) . W e w a n t t h e m t o s t a y t r a p p e d i n t h e c o l l e c t o r o r r o o m . T h e a m o u n t o f I R b e i n g b l o c k e d f r o m e n t e r i n g i s a s m a l l a m o u n t i n c o m p a r i s o n . ( 1 . W h a t e f f e c t t o t h e c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s h a v e o n t h e l i g h t r a y s ? I t d e t e r m i n e s t h e p e r c e n t a g e o f i n c o m i n g s o l a r f r e q u e n c i e s t h a t c a n b e t h a t c a n b e a b s o r b e d a n d r a d i a t e d a s h e a t . I t a l s o d e t e r m i n e s h o w m u c h h e a t c a n b e s t o r e d a n d a t w h a t r a t e i t w i l l b e r a d i a t e d . e . W h a t p r o p e r t i e s o f m a t e r i a l s a f f e c t t h e a m o u n t o f i n f r a r e d t h a t c a n b e h a r v e s t e d ? S p e c i fi c h e a t , o p t i c a l p r o p e r t i e s o f t r a n s m i t t a n c e , r e fl e c t a n c e , a n d a b s o r b a n c e w h i c h a r e d e p e n d e n t u p o n t h e n a t u r a l f r e q u e n c y o f o f t h e e l e c t r o n s i n t h e a t o m s o f t h e s u b s t a n c e . 2 7 9 4 . a ) I n t h e c a s e o f a s o l a r c o l l e c t o r , d o y o u w a n t t h e a b s o r b e r t o h e a t u p / c o o l d o w n f a s t o r s l o w ? W h y ? I f i t h a p p e n s q u i c k l y , t h e h e a t c a n b e t r a n s m i t t e d t o t h e w a t e r i n a s h o r t a m o u n t o f t i m e , b u t i t w o u l d n o t r e t a i n h e a t t o b e a b l e t o t r a n s m i t w h e n c l o u d s p a s s e d o v e r h e a d . b ) I n t h e c a s e o f t h e s o l a r r o o m , d o y o u w a n t t h e c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s t o h e a t u p / c o o l d o w n f a s t o r s l o w ? W h y ? I f t h e m a t e r i a l s c o o l d o w n s l o w l y , t h e y w o u l d r a d i a t e b e a t a l l n i g h t l o n g a n d k e e p t h e r o o m w a r m . c ) M a t e r i a l s w i t h a h i g h s p e c i fi c h e a t w o u l d b e b e s t f o r : S i t u a t i o n s w h e r e t h e r e i s a l o n g p e r i o d o f t i m e a v a i l a b l e f o r s o a k i n g u p e n e r g y , a n d / o r w h e r e y o u w a n t i t t o r a d i a t e h e a t b a c k o u t o v e r a l o n g p e r i o d o f t i m e . E x a m p l e : A s o l a r r o o m . ( 1 ) M a t e r i a l s w i t h a l o w s p e c i fi c h e a t w o u l d b e b e s t f o r : S i t u a t i o n s w h e r e t h e m a t e r i a l h a s a s h o r t a m o u n t o f t i m e t o a b s o r b e n e r g y , o r n e e d s t o r a d i a t e h e a t o v e r a s h o r t a m o u n t o f t i m e . E x a m p l e s : a b s o r b e r i n a c o l l e c t o r , h e a t e x c h a n g e r i n a h o t w a t e r s y s t e m o r o n t h e o u t s i d e o f a b u i l d i n g ( a i r fl o w s b y i t q u i c k l y ) . e ) H o w c a n y o u m i n i m i z e l o s s o f i n f r a r e d w a v e s f r o m t h e c o l l e c t o r o r s o l a r r o o m ? I n s u l a t e t h e w a l l s , c e i l i n g a n d fl o o r a n d u s e a t r a n s p a r e n t w i n d o w t h a t d o e s n o t t r a n s m i t I R . D i s c u s s a n d g o o v e r 1 - 4 . W i t h y o u r g r o u p , d e c i d e o n 3 m a t e r i a l s t h a t y o u w o u l d l i k e t o t e s t . D o t h e q u e s t i o n s u n d e r t h e m a t e r i a l s s e c t i o n . G e t t e a c h e r a p p r o v a l f o r y o u r 3 m a t e r i a l s . 2 8 0 M a t e r i a l s : 3 p l a s t i c d i s h p a n s ( t u b s ) A l u m i n u m f o i l 3 d i g i t a l t h e r m o m e t e r s B l a c k c l o t h o r b l a c k s p r a y p a i n t F o a m t o fi t a r o u n d e d g e s o f t u b s ( y o u r c h o i c e ) S c i s s o r s 3 m a t e r i a l s ( y o u r c h o i c e ) B a l a n c e ( t h a t c a n a c c o m m o d a t e t h e C o n t a i n e r s f o r m a t e r i a l s i f a t l e a s t o n e h e a v y w e i g h t s ) r e q u i r e s a c o n t a i n e r T a p e m e a s u r e o r r u l e r T i m e p i e c e 3 - 1 2 x 1 4 ” p i e c e s o f g l a s s o r C a r d b o a r d , w o o d o r t h i c k c l o t h c a p a b l e T r a n s p a r e n t p l a s t i c o f c o v e r i n g a l l 3 t u b s a t o n c e m t e r i a l s Q u e s t i o n s : 1 . I f y o u a r e t r y i n g t o h a v e o n l y o n e v a r i a b l e ( t h e i d e n t i t y o f t h e m a t e r i a l ) a n d t h e m a t e r i a l s a r e t w o d i f f e r e n t c o l o r s , h o w c a n y o u e l i m i n a t e t h e u n w a n t e d v a r i a b l e ? P o s s i b l e a n s w e r : S p r a y p a i n t t h e m t h e s a m e c o l o r . W h a t o t h e r v a r i a b l e s d o y o u n e e d t o e l i m i n a t e ? M a s s : Y o u m i g h t b e a b l e t o b r e a k i t i n t o p i e c e s a n d u s e t h e p i e c e t h a t i s t h e d e s i r e d m a s s . S u r f a c e A r e a : S o m e o b j e c t s c a n b e b r o k e n i n t o p i e c e s t o c r e a t e m o r e s u r f a c e a r e a , o r t h e y c a n b e a r r a n g e d d i f f e r e n t l y t o h a v e m o r e o r l e s s o f t h e i r s u r f a c e a r e a e x p o s e d t o t h e s u n . H o w e v e r , w h e n r a d i a t i n g h e a t , e v e n t h e s u r f a c e s n o t f a c i n g t h e s u n n e e d t o b e e q u i v a l e n t . D i s c u s s v o l u n t e e r s f o r c o l l e c t i n g d a t a o u t s i d e o f c l a s s . S e e n u m b e r 1 0 u n d e r p r o c e d u r e . P r o c e d u r e : 1 . A t t e m p t t o g e t y o u r 3 c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s a s c l o s e t o t h e s a m e m a s s a s p o s s i b l e . R e c o r d t h e fi n a l m a s s o f e a c h . 2 . F i n d 3 d i g i t a l t h e r m o m e t e r s t h a t r e a d t h e s a m e t e m p e r a t u r e ( o r a s c l o s e t o t h e s a m e t e m p e r a t u r e a s p o s s i b l e ) . 3 . L i n e 3 d i s h p a n s w i t h a l u m i n u m f o i l . 4 . S e t t h e 3 d i s h p a n s o u t s i d e w h e r e t h e y w i l l r e c e i v e f u l l s u n a n d n o s h a d o w u n t i l s u n s e t . 5 . L a y a d i f f e r e n t c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l i n t h e b o t t o m o f e a c h o n e . P u t a m a s k i n g t a p e l a b e l i n p l a i n v i e w i n s i d e e a c h t u b . I t s h o u l d i n c l u d e y o u r n a m e s a n d t h e t y p e o f m a t e r i a l . 2 8 1 6 . W r a p t h e m a t e r i a l i n b l a c k c l o t h i f y o u h a v e n o t o t h e r w i s e c o r r e c t e d f o r c o l o r d i f f e r e n c e s . 7 . P u t f o a m a r o u n d t h e e d g e s o f t h e d i s h p a n s a n d l a y t h e t r a n s p a r e n t g l a z i n g ( g l a s s o r p l a s t i c ) o v e r t h e t o p . B e s u r e t h e r e a r e n o a i r h o l e s . ( P h o t o o n l a s t p a g e . ) 8 . R e c o r d t h e t e m p e r a t u r e s h o w n o n a l l t h r e e t h e r m o m e t e r s b e f o r e p l a c i n g t h e m i n t h e d i s h p a n s . 9 . I n s e r t t h e p r o b e s b e t w e e n t h e f o a m a n d t h e t u b e d g e , b e i n g c a r e f u l t h a t t h e y a r e o r i e n t e d i n t h e s a m e w a y i n e a c h t u b . R e c o r d t h e t e m p e r a t u r e s a n d t h e t i m e . 1 0 . T a k e t e m p e r a t u r e r e a d i n g s e v e r y 3 m i n u t e s f o r 2 4 m i n u t e s . 1 1 . ( I f n o o n e c a n c o m e i n t o t a k e r e a d i n g s d u r i n g t h e e v e n i n g a n d b e f o r e s u n r i s e , c o v e r a l l t h r e e t u b s w i t h w o o d , c a r d b o a r d , o r c l o t h a n d c o n t i n u e t o t a k e r e a d i n g s f o r t h e r e m a i n d e r o f t h e c l a s s p e r i o d a s t h e s y s t e m c o o l s d o w n . ) 1 2 . I f s o m e o n e w i l l b e c o m i n g i n t o t a k e r e a d i n g s w h e n t h e s u n i s n o t u p , j u s t c o n t i n u e t o t a k e r e a d i n g s f o r t h e r e m a i n d e r o f t h e c l a s s p e r i o d . 1 3 . V o l u n t e e r s t o c o l l e c t t e m p e r a t u r e r e a d i n g s o n A L L t u b s : T o d a y T o m o r r o w A f t e r l s t h o u r 2 n H r 3 r d H r 4 “ 1 H r 5 t h H r 6 t h H r A f t e r S c h o o l : A f t e r S p o r t s e t c : A f t e r D a r k : B e f o r e S u n r i s e : 1 4 . D a y 2 i n c l a s s : R e c o r d d a t a t h a t o t h e r s t u d e n t s t o o k f o r y o u . D a t a a n d O b s m t i o n s : ( R e c o r d i n p e n . C o r r e c t e r r o r s i n r e c o r d i n g b y d r a w i n g a s i n g l e l i n e t h r o u g h t h e e r r o r s o i t i s s t i l l r e a d a b l e . ) A n a l y s i s o f D a t _ a : 2 8 2 U s e t h e t e m p e r a t u r e d a t a t o p l o t a l i n e g r a p h o n g r a p h p a p e r o f a l l t h r e e b o x e s o n t h e s a m e g r a p h . C a l c u l a t e s l o p e s ( r a t e o f c h a n g e o f t e m p e r a t u r e ) b e l o w . N o t e o t h e r d i f f e r e n c e s o r s i m i l a r i t i e s i n t h e t h r e e s e t s o f d a t a . S h o w c a l c u l a t i o n s b e l o w . A t t a c h t h e g r a p h p a p e r . C o n c l u s i o n : W r i t e a p a r a g r a p h o r t w o i n y o u r O W N w o r d s w h i c h t i e s b a c k t o t h e p u r p o s e o f t h e l a b . I n c o r p o r a t e o p t i c s v o c a b u l a r y . B e s u r e t o u s e y o u r a n a l y s i s o f t h e e m p i r i c a l d a t a t o b a c k u p t h e c l a i m y o u m a k e i n t h e c o n c l u s i o n . I n c l u d e w h i c h a b s o r p t i o n , t r a n s m i s s i o n , r e fl e c t i o n , a n d e m i s s i o n p r o p e r t i e s w o u l d b e i d e a l f o r t h e a b s o r b e r i n a s o l a r c o l l e c t o r , c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s t o a b s o r b h e a t i n a s o l a r r o o m , g l a z i n g o n a c o l l e c t o r , a n d t h e w i n d o w o f t h e s o l a r r o o m . A l s o i n c l u d e a l l o t h e r r e q u i r e m e n t s m e n t i o n e d i n o u r s h e e t o n F o r m a t f o r a L a b W r i t e - U p . 2 8 3 A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N A B S O R B A N C E A N D E M I S S I O N L A B W h e n d e s i g n i n g t h e a c t i v i t i e s f o r t h i s u n i t , t h i s l a b t o o k t h e m o s t t i m e t o d e v e l o p . I t r i e d m a n y d i f f e r e n t c o m b i n a t i o n s o f e q u i p m e n t a n d m a t e r i a l s f o r t h e c o l l e c t o r b o x , a b s o r b e r , g l a z i n g a n d i n s u l a t i o n . A t fi r s t t h e r e w e r e n o t s i g n i fi c a n t d i f f e r e n c e s i n t e m p e r a t u r e b e t w e e n t h e c o n t r o l c o l l e c t o r a n d t h e v a r i a b l e s . T a k i n g t e m p e r a t u r e d a t a a l s o p o s e d a p r o b l e m a t fi r s t . I f t h e d i g i t a l t h e r m o m e t e r w a s i n s i d e t h e u n i t , t h e d i g i t s i n t h e d i s p l a y s h u t o f f a f t e r a p e r i o d o f t i m e . T h e y c o u l d n o t b e t u r n e d b a c k o n w i t h o u t o p e n i n g t h e c o l l e c t o r b y l i f t i n g t h e g l a z i n g a n d l o s i n g h e a t . I t r i e d p u t t i n g d i f f e r e n t t y p e s o f i n s u l a t i o n b e t w e e n t h e g l a z i n g a n d b o x a n d s t i c k i n g t h e p r o b e t h r o u g h t h e i n s u l a t i o n s o t h a t t h e o n / f f b u t t o n a n d d i g i t a l d i s p l a y w e r e o u t s i d e t h e b o x . T h a t i n t r o d u c e d a l o t o f v a r i a t i o n b e t w e e n b o x e s a s i t w a s h a r d t o g e t i d e n t i c a l p l a c e m e n t o f t h e i n s u l a t i o n i n a l l c o l l e c t o r s . W h e n t h e s t u d e n t s w e r e d o i n g t h e l a b I h i t u p o n t h e i d e a o f p o k i n g a h o l e i n t h e c o l l e c t o r b o x t h e d i a m e t e r o f t h e p r o b e a n d s t i c k i n g t h e p r o b e i n t h r o u g h t h e h o l e . T h e y u s e d a n a i l t o m a k e t h e h o l e . T h a t s e e m e d t o w o r k v e r y w e l l w i t h m i n i m a l a i r s p a c e f o r h e a t l o s s . A b o u t h a l f o f t h e g r o u p s u s e d t h a t m e t h o d . A n o t h e r d i s c o v e r y I h a d m a d e d u r i n g m y t r i a l s o v e r t h e s u m m e r , w a s t h a t l i n i n g t h e c o l l e c t o r b o x e s w i t h a l u m i n u m f o i l r e s u l t e d i n m u c h g r e a t e r b u i l d u p o f h e a t i n s i d e . A l l o f t h e g r o u p s e n d e d u p u s i n g t h a t t e c h n i q u e . L i k e w i s e , I f o u n d t h a t t h e c o l o r o f t h e a b s o r b e r w a s a l m o s t a s i m p o r t a n t a s h o w m a s s i v e i t w a s . I s h a r e d t h a t i n f o r m a t i o n w i t h t h e s t u d e n t s a n d m o s t o f t h e g r o u p s s p r a y p a i n t e d t h e i r a b s o r b e r s b l a c k . O n e v e r y c r e a t i v e g i r l w a s u s i n g n a t u r a l c l a y f o r a n a b s o r b e r . S h e m a d e h e r o t h e r a b s o r b e r , w h i c h w a s a r o c k , t h e s a m e c o l o r b y r u b b i n g t h e r o c k a l l o v e r w i t h a s m a l l p i e c e o f c l a y . 2 8 4 I n d e v e l o p i n g t h i s l a b I a l s o d i d q u i t e a b i t o f e x p e r i m e n t a t i o n w i t h t h e g l a z i n g . A f t e r t r y i n g p l a s t i c a n d r e g u l a r w i n d o w g l a s s I w a n t e d t o s e e w h a t k i n d o f r e s u l t s I c o u l d g e t w i t h t h e I R — - b l o c k i n g g l a s s w h i c h w a s m e n t i o n e d i n q u i t e a f e w a r t i c l e s o n s o l a r c o l l e c t i o n . H o w e v e r , t h e o n l y s a m p l e s I c o u l d fi n d i n c a t a l o g s a n d o n t h e w e b w e r e p r o h i b i t i v e l y e x p e n s i v e u n l e s s t h e y w e r e t h e s i z e o f a m i c r o s c o p e l e n s . S e a r c h i n g f u r t h e r o n t h e w e b , I f o u n d t h a t b i g b o x b u i l d i n g s u p p l y s t o r e s c a r r y a n I R - b l o c k i n g fi l m t h a t c a n b e a p p l i e d t o r e g u l a r w i n d o w g l a s s . I t i s m e a n t t o b e u s e d o n t h e s o u t h s i d e o f b u i l d i n g s t o k e e p t h e r o o m s c o o l e r b y b l o c k i n g h e a t w a v e s f r o m e n t e r i n g . I w a n t e d t o u s e i t t o k e e p t h e I R r a d i a t e d b y t h e a b s o r b e r i n s i d e t h e c o l l e c t o r fi ' o m e s c a p i n g b a c k o u t . I s u c c e e d e d o n l y i n k e e p i n g t h e c o l l e c t o r s c o o l e r ( n o t m y g o a l ) , a n d w h e n I p u t t h e m i n t h e s h a d e I s a w n o e v i d e n c e t h a t t h e g l a z i n g w a s k e e p i n g t h e r a d i a t e d [ R f r o m e s c a p i n g . I t r i e d i n s u l a t i n g t h e s i d e s a n d b o t t o m o f t h e c o l l e c t o r i n c a s e t h e h e a t l o s s w a s o c c u r r i n g t h e r e . I r e a l i z e n o w t h a t I s h o u l d h a v e t r i e d p u t t i n g t h e I R - b l o c k i n g fi l m o n t h e i n s i d e o f t h e g l a z i n g , o r t r i e d l a y i n g i t o v e r t h e c o l l e c t o r o n l y a f t e r t h e y w e r e t a k e n o u t o f t h e s u n ! I w i l l t r y t h a t n e x t y e a r f o r m y e x p e r i m e n t w h e n t h e s t u d e n t s a r e d o i n g t h e i r s . T h e d a y w e s t a r t e d t h e l a b w e fi r s t r e a d a n d d i s c u s s e d t h e f o u r a r t i c l e s o n a b s o r b a n c e . T h a t l e f t o n l y e n o u g h t i m e t o r e a d t h e p u r p o s e a n d b a c k g r o u n d , a n d t o d o t h e d r a w i n g o f t h e e l e c t r o m a g n e t i c s p e c t r u m ( w h i c h i s # 1 u n d e r t h e b a c k g r o u n d s e c t i o n ) . M a n y o f t h e s t u d e n t s h a d m i s c o n c e p t i o n s a b o u t t h e r e l a t i v e e n e r g i e s . O n t h e s e c o n d d a y o f t h e l a b s t u d e n t s s e e m e d p r e t t y i n t e r e s t e d i n t h e l e c t u r e o n w h a t h a p p e n s w h e n w a v e l e n g t h s h i t a n o b j e c t a n d a r e a b s o r b e d . N o o n e c o m p l a i n e d a b o u t t a k i n g n o t e s a n d m a n y s t u d e n t s r e s p o n d e d w i t h c o r r e c t a n s w e r s w h e n e v e r I a s k e d 2 8 5 q u e s t i o n s d u r i n g t h e l e c t u r e t o c h e c k t h e i r u n d e r s t a n d i n g . S t u d e n t s w e r e a l s o a b l e t o v o l u n t e e r c o r r e c t a n s w e r s w h e n fi l l i n g i n # 3 a n d # 4 o f t h e b a c k g r o u n d q u e s t i o n s o n t h e l a b . W h e n d i s c u s s i n g w h a t m a t e r i a l s t h e i r g r o u p w o u l d l i k e t o t e s t a s a b s o r b e r s , s t u d e n t s a s k e d r e l e v a n t q u e s t i o n s . “ H o w l a r g e i s t h e b o x t h a t w e w i l l u s e f o r t h e c o l l e c t o r ? ” “ W o u l d a w o o d e n s p o o n b e o k ? ” I r e m i n d e d t h a t g r o u p t h a t t h e m a s s w a s v e r y i m p o r t a n t . t h e y d e c i d e d t h a t t h e s p o o n w o u l d p r o b a b l y n o t b e a b l e t o s t o r e a n d e m i t v e r y m u c h h e a t . T h e s t u d e n t s e n g a g e d i n a l o t o f d i s c u s s i o n c o n c e r n i n g w h i c h m a t e r i a l s t o t r y f o r t h e a b s o r b e r . I b r o u g h t u p t h e p r o b l e m o f t r y i n g t o s t u d y a s i n g l e v a r i a b l e w h e n t h e v a r i o u s a b s o r b e r s d i f f e r i n b o t h m a s s a n d s u r f a c e a r e a . T h e s t u d e n t s d e c i d e d i t w a s i n d e e d a c o n u n d r u m . T h e i r d i s c u s s i o n l e d t o b r a i n s t o r m i n g w a y s t o m e a s u r e d e n s i t i e s a n d s u r f a c e a r e a s o f t h i n g s t h a t a r e o d d l y s h a p e d l i k e a p i l e o f s t r a w . O n e g i r l s u g g e s t e d fi n d i n g t h e s u r f a c e a r e a o f o n e p i e c e o f s t r a w , a n d t h e n m u l t i p l y i n g i t b y t h e n u m b e r o f p i e c e s . T h e s a m e s t u d e n t a l s o v o i c e d t h i s b r i l l i a n t c o m m e n t , “ J u s t b e c a u s e a s t a c k e d p i l e o f c a r d b o a r d h a s t h e s a m e g e n e r a l o u t e r d i m e n s i o n s a s a b r i c k , t h e s i d e s w o u l d h a v e c o r r u g a t i o n , s o m o r e s u r f a c e a r e a t o e m i t h e a t . ” ( T h i s s e e m s e x t r a i n s i g h t f u l a s i t c o m e s o n t h e h e e l s o f t h e c l a s s a g r e e i n g t h a t t h e s u r f a c e a r e a t h a t m a t t e r s a s f a r a s a b s o r p t i o n i s o n l y t h e s u r f a c e t h a t f a c e s t h e s o u r c e o f r a d i a t i o n . S h e t o o k i t a n o t h e r s t e p f u r t h e r a n d w a s t h i n k i n g a h e a d a b o u t t h e o b j e c t l a t e r e m i t t i n g [ R i n a l l d i r e c t i o n s fi ' o m a l l o f i t s s u r f a c e s . I t w a s h a r d g e t t i n g s t u d e n t s t o v o l u n t e e r t o c o l l e c t t e m p e r a t u r e d a t a b e t w e e n c l a s s e s a n d a f t e r s c h o o l . I t h i n k t h e r e l u c t a n c e o n t h e p a r t o f s t u d e n t s m a y h a v e h a d t o d o w i t h t h e i r o t h e r t e a c h e r s g i v i n g t h e m a h a r d t i m e . 2 8 6 T h e d a y w e p e r f o r m e d t h e l a b w e h a d t o s t a r t t h e p e r i o d b y g o i n g o u t d o o r s t o s p r a y p a i n t t h e a b s o r b e r s s i n c e o n l y o n e p e r s o n h a d b r o u g h t t h e i r s i n t h e d a y b e f o r e . D u r i n g t h a t p e r i o d s t u d e n t s w e r e o n l y e n g a g e d w h e n i t w a s t h e i r t u r n t o s p r a y . A l o t o f t i m e w a s w a s t e d . W h e n w e g o t b a c k i n s i d e , a l l o f t h e s t u d e n t s b e c a m e v e r y b u s i l y i n v o l v e d l i n i n g t u b s w i t h a l u m i n u m f o i l a n d g e t t i n g t h e i r c o l l e c t o r s p u t t o g e t h e r . B y t h e t i m e w e g o t o u r c o l l e c t o r s o u t s i d e i t w a s p a r t l y c l o u d y . S t u d e n t s t o o k r e a d i n g s a n d n o t a t e d t h e c l o u d c o v e r . T h e f e w s t u d e n t s t h a t d i d s i g n u p t o t a k e t e m p e r a t u r e r e a d i n g s a l l s h o w e d u p a n d d i d a c a r e f u l j o b . I w e n t o u t w i t h t h e m t o o b s e r v e . 2 8 7 A P P E N D I X I V E B O I L I N G W A T E R L A B D E S C R I P T I O N T h e f o l l o w i n g d i r e c t i o n s w e r e p u t u p o n a n o v e r h e a d . H o t p l a t e s , b e a k e r s a n d t h e r m o m e t e r s h a d a l r e a d y b e e n l a i d o u t o n t h e l a b b e n c h e s . S t u d e n t s u s e d c l a s s r o o m c l o c k s f o r t i m e m e a s u r e m e n t . 1 . F i l l a b e a k e r h a l f f u l l o f t a p w a t e r a n d h e a t i t o n t h e h o t p l a t e . S e t t h e t e m p e r a t u r e d i a l t o t h e h i g h e s t s e t t i n g . 2 . T a k e t e m p e r a t u r e r e a d i n g s e v e r y o n e m i n u t e u n t i l t h e w a t e r h a s b e e n b o i l i n g f o r t h r e e m i n u t e s . 3 . W h i l e w a i t i n g t o t a k e t e m p e r a t u r e r e a d i n g s , m a k e a d a t a t a b l e w h e r e y o u c a n r e c o r d t h e t e m p e r a t u r e s a n d t i m e s . 4 . G r a p h t h e d a t a o n a t e m p e r a t u r e v e r s u s t i m e g r a p h . 2 8 8 N . ‘ W B O I L I N G W A T E R L A B T E A C H E R ’ S K E Y A N D D I S C U S S I O N S h a p e o f t h e G r a p h ( 3 0 ) e r m e r o d u r a l T i m e ( m i n u t e s ) D i s c u s s i o n 1 . H o w d o y o u k n o w w h e n t h e w a t e r i s b o i l i n g ? T h e t e m p e r a t u r e q u i t s c h a n g i n g . ( D o n ’ t t e l l t h e m t h e a n s w e r i f t h e y d o n ’ t s a y i t . J u s t m o v e o n t o # 2 . ) H a v e a s t u d e n t d r a w t h e s h a p e o f h i s o r h e r g r a p h o n t h e b o a r d . 3 . W h e r e o n t h e g r a p h i s t h e w a t e r a c t u a l l y b o i l i n g ? T h e h o r i z o n t a l s e c t i o n . 5 h y i s t h e g r a p h h o r i z o n t a l t h e r e ? B e c a u s e t h e t e m p e r a t u r e h a s q u i t c h a n g i n g . A l l o f t h e h e a t b e i n g a p p l i e d t o t h e w a t e r i s b e i n g u s e d f o r t h e p h a s e c h a n g e . N o n e o f i t i s b e i n g u s e d t o w a r m t h e w a t e r . 5 . A t w h a t t e m p e r a t u r e d i d t h i s o c c u r ? ( B e s u s p i c i o u s i f t h e y a l l s a y 1 0 0 ° C . ) 6 . W h y w a s i t n o t r i g h t a t 1 0 0 ° C f o r m o s t o f y o u ? I n a c c u r a t e , c h e a p t h e r m o m e t e r s a n d i m p u r i t i e s i n t h e H 2 0 . 2 8 9 A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N T H E B O I L I N G W A T E R L A B D u r i n g t h e l a b t h e r e w e r e a l o t o f h e a t e d d i s c u s s i o n s w i t h i n g r o u p s a b o u t w h e n t o q u i t t a k i n g t e m p e r a t u r e r e a d i n g s . T h e a r g u m e n t s h a d t o d o w i t h w h e t h e r o r n o t t h e w a t e r w a s b o i l i n g . S o m e s t u d e n t s i n s i s t e d t h a t a s s o o n a s t h e y s a w a f e w b u b b l e s f o r m a g a i n s t t h e b o t t o m o f t h e b e a k e r t h e w a t e r w a s b o i l i n g . O t h e r s t u d e n t s w e r e a d a m a n t t h a t i t c o u l d n ’ t b e b o i l i n g u n l e s s t h e t h e r m o m e t e r r e a d 1 0 0 ° C . I h e a r d s o m e s t u d e n t s g r u m b l i n g a b o u t h o w s t u p i d i t w a s t o s t a n d t h e r e r e c o r d i n g t e m p e r a t u r e s o f w a t e r , w h a t a w a s t e o f t i m e i t w a s . O n e b o y g o t s o d i s g u s t e d t h a t h e l e f t t h e l a b s t a t i o n a n d s a t d o w n a t h i s d e s k , r e f u s i n g t o p a r t i c i p a t e . A f e w m i n u t e s l a t e r o n e g r o u p v o i c e d f r u s t r a t i o n . “ O u r w a t e r j u s t w o n ’ t b o i l . I t ’ s ' 9 9 s t u c k a t 9 9 . 6 d e g r e e s I w a l k e d b y s e v e r a l g r o u p s w h o s e w a t e r w a s b o i l i n g v i g o r o u s l y a n d a s k e d h o w l o n g t h e i r w a t e r h a d b e e n b o i l i n g . “ I t ’ s n o t b o i l i n g y e t . I t ’ s n o t u p t o 1 0 0 d e g r e e s . ” D u r i n g t h e c l a s s d i s c u s s i o n o f t h e t e m p e r a t u r e g r a p h f o l l o w i n g t h e l a b , t h e c o n c e p t fi n a l l y c l i c k e d f o r s e v e r a l s t u d e n t s . I t b e c a m e c l e a r t o t h e m t h a t t h e e v i d e n c e t h a t w a t e r w a s b o i l i n g ( g o i n g t h r o u g h a p h a s e c h a n g e ) w a s w h e n t h e t e m p e r a t u r e q u i t c h a n g i n g . W e t a l k e d a b o u t t h e h e a t f r o m t h e h o t p l a t e b e i n g u s e d t r a n s f o r m t h e l i q u i d t o a g a s r a t h e r t h a n b e i n g a v a i l a b l e t o h e a t t h e l i q u i d . 2 9 0 A P P E N D I X I V F Q U E S T I O N S O N S T I R L I N G E N G I N E S T O A C C O M P A N Y S U N C A T C H E R S T U N E D T 0 C R A N K O U T T H E J U I C E S T U D E N T C O P Y . T h e S t i r l i n g e n g i n e w a s i n v e n t e d b y i n . T h e e n g i n e c a n c o n v e r t t o w h i c h t u r n s a n a l t e r n a t i n g c u r r e n t . T h e U S D e p a r t m e n t o f E n e r g y p r e d i c t s t h a t b y 2 0 1 1 , S t i r l i n g s o l a r d i s h f a r m s c o u l d d e l i v e r e l e c t r i c i t y t o a t c o s t s c o m p a r a b l e t o . A n l l - s q u a r e m i l e f a r m o f S t i r l i n g s o l a r d i s h e s c o u l d g e n e r a t e a s m u c h e l e c t r i c i t y a s . A 1 0 0 - m i l e b y l O O - m i l e s q u a r e f a r m c o u l d S i m p l y . T h e S t i r l i n g e n g i n e i s a h e a t e n g i n e . T h e s o u r c e o f h e a t f o r t h e h o t r e s e r v o i r i n t h e S t i r l i n g s o l a r d i s h e n g i n e c o m e s f r o m . W h a t a r e t h e 3 d e s i g n a r e a s t h a t e n g i n e e r s a r e w o r k i n g o n i m p r o v i n g ? 2 9 1 T E A C H E R ’ S K E Y Q U E S T I O N S O N S T I R L I N G E N G I N E S T O A C C O M P A N Y S U N C A T C H E R S T U N E D T 0 C R A N K O U T T H E J U I C E * * A s k s t u d e n t s w h a t D O E s t a n d s f o r . l . T h e S t i r l i n g e n g i n e w a s i n v e n t e d b y R o b e r t S t i r l i n g i n 1 8 1 6 2 . T h e e n g i n e c a n c o n v e r t s o l a r h e a t i n t o m e c h a n i c a l e n e r g y w h i c h t u r n s a n a l t e r n a t i n g c u r r e n t g e n e r a t o r 3 . T h e U S D e p a r t m e n t o f E n e r g y p r e d i c t s t h a t b y 2 0 1 1 , S t i r l i n g s o l a r d i s h f a r m s c o u l d d e l i v e r e l e c t r i c i t y t o t h e g r i d a t c o s t s c o m p a r a b l e t o c o n v e n t i o n a l _ e l e c t r i c a l s o u r c e s 4 . A n l l - s q u a r e m i l e f a r m o f S t i r l i n g s o l a r d i s h e s c o u l d g e n e r a t e a s m u c h e l e c t r i c i t y a s H o o v e r _ D a m . A 1 0 0 - m i l e b y 1 0 0 - m i l e s q u a r e f a r m c o u l d s u p p l y e n o u g h e l e c t r i c i t y f o r a l l d a y t i m e n e e d s i n t h e U S 5 . T h e S t i r l i n g e n g i n e i s a h e a t e n g i n e . T h e s o u r c e o f h e a t f o r t h e h o t r e s e r v o i r i n t h e S t i r l i n g s o l a r d i s h e n g i n e c o m e s f r o m _ s o l a r r a y s f o c u s e d b y m i r r o r s i n t o a c o n c e n t r a t e d b e a m 6 . W h a t a r e t h e 3 d e s i g n a r e a s t h a t e n g i n e e r s a r e w o r k i n g o n i m p r o v i n g ? 1 . A s y s t e m t o t u r n t h e m i r r o r s t o w a r d t h e s u n a s t h e s u n c h a n g e s p o s i t i o n a n d i n a p o s i t i o n t h a t p r o t e c t s t h e m f r o m d a m a g e w h e n i t i s w i n d y . 2 . A s y s t e m t h a t m a i n t a i n s a s t e a d y r p m o f 1 8 0 0 w h i c h i s m o s t e f fi c i e n t , b y a d j u s t i n g t h e f l o w b e t w e e n t h e h o t a n d c o l d r e s e r v o i r s . 3 . A s y s t e m t h a t s t a g g e r s t h e s t a r t - u p t i m e s o f t h e e n g i n e s s o t h a t t h e y a r e n o t a l l c o m i n g o n l i n e a t t h e s a m e i n s t a n t . 2 9 2 W E B A D D R E S S F O R “ S U N C A T C H E R S T U N E D T O C R A N K O U T T H E J U I C E ” T h i s a r t i c l e w a s g i v e n t o s t u d e n t t o r e a d a l o n g w i t h a s h e e t o f q u e s t i o n s t o a c c o m p a n y i t . I f t h i s p a r t i c u l a r a r t i c l e i s n o l o n g e r a v a i l a b l e t h e r e s h o u l d b e u p d a t e d i n f o r m a t i o n i n o t h e r a r t i c l e s p u t o u t b y t h e D e p a r t m e n t o f E n e r g y a s t h e y a r e c o n t i n u a l l y w o r k i n g o n t h i s p r o j e c t . W e b a d d r e s s o f t h e a r t i c l e : h t t p / / w w w . e e t i m e s . c o m / n e w s / l a t e s t / s h o w A r t i c l e . j h t m l ? a r t i c l e I D = 5 3 7 0 0 9 3 9 A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N Q U E S T I O N S O N S T I R L I N G E N G I N E S T h e s a m e s t u d e n t s w h o w e r e d i s i n t e r e s t e d o r h o s t i l e ( p e r h a p s o v e r w h e l m e d ? ) b y t h e e a r l i e r j o u r n a l a r t i c l e s h o w e d l i t t l e i n t e r e s t i n t h i s o n e . W h e n w e w e n t o v e r t h e a n s w e r s t o t h e q u e s t i o n s o n l y t w o s t u d e n t s c o n s i s t e n t l y c a l l e d o u t t h e a n s w e r s . L i k e t h e o t h e r a r t i c l e s , fi l l i n g i n t h e a n s w e r s t o t h e q u e s t i o n s r e q u i r e d n o c r i t i c a l t h i n k i n g . T h e a n s w e r s w e r e g i v e n i n t h e t e x t o f t h e a r t i c l e . H o w e v e r , s t u d e n t s m a y h a v e h a d t o t h i n k h a r d w h i l e r e a d i n g t o d i g e s t w h a t t h e y w e r e r e a d i n g . 2 9 3 A P P E N D I X I V G B U I L D I N G A S T I R L I N G E N G I N E E x t r a C r e d i t R u b r i c f o r t h e S t i r l i n g E n g i n e D U E : 3 1 . H a n d - d r a w n i l l u s t r a t i o n o f t h e fi n i s h e d m o d e l a n d a n y i n t e r m e d i a t e s t e p s t h a t w o u l d b e n e c e s s a r y f o r c o m m u n i c a t i n g h o w t o b u i l d t h e e n g i n e . 1 2 . L i s t o f m a t e r i a l s u s e d . 1 8 3 . L o g o f t h e a m o u n t o f t i m e s p e n t o n e a c h s t e p . 1 p o i n t p e r 1 0 m i n u t e s 1 8 p o i n t m a x i m u m 5 4 . D e m o n s t r a t i o n t o t h e c l a s s t h a t y o u r e n g i n e w o r k s . 5 5 . E x t r a p o i n t s i f y o u u s e s o l a r e n e r g y t o h e a t t h e h o t r e s e r v o i r . 3 2 p o s s i b l e 2 9 4 W E B S I T E F O R B U I L D I N G A S T I R L I N G E N G I N E T h e f o l l o w i n g w e b s i t e s s h o w p l a n s t h a t s t u d e n t s c o u l d u s e f o r b u i l d i n g a S t i r l i n g e n g i n e . H o w e v e r , i t w o u l d p r o b a b l y b e b e s t t o h a v e s t u d e n t s s e a r c h t h e w e b t h e m s e l v e s t o fi n d p l a n s . h t t p : / / r o t a r y s t i r l i n g e n g i n e s . c o m / r o t a c o l a _ m . h t r n h t t p : / / w w w g c o c i t i c s . c o m / t h e r e c e n t p a s t / ? 2 0 0 7 2 6 h t t p : / / b c k k o a m e . n e . j p / ~ k h i r a t a / e n g l i s h / m k _ c a n . h t m A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N B U I L D I N G A S T I R L I N G E N G I N E A f t e r e x p l a i n i n g t h e e x t r a c r e d i t p r o j e c t t o t h e c l a s s , I a s k e d h o w m a n y w e r e i n t e r e s t e d . E l e v e n o f t h e 1 3 s t u d e n t s r a i s e d t h e i r h a n d s i n d i c a t i n g t h a t t h e y w a n t e d a c o p y o f t h e r u b r i c . T h e y h a d t h r e e w e e k s t o w o r k o n i t a t h o m e . O n e s t u d e n t d i d t h e p r o j e c t . D u r i n g t h e p r e s e n t a t i o n h e p o i n t e d o u t t h e v a r i o u s p a r t s o f h i s e n g i n e , d e s c r i b e d w h a t t h e i r f u n c t i o n w a s s u p p o s e d t o b e a n d w e n t i n t o d e t a i l a b o u t w h i c h p a r t s d i d n o t f u n c t i o n a s t h e y s h o u l d . H e d e s c r i b e d t h e t w e a k i n g h e h a d d o n e w h i l e a t t e m p t i n g t o g e t e a c h p a r t t o p e r f o r m i t s f u n c t i o n . I n t h i s b o y ’ s m o d e l , t h e g r e a t e s t o b s t a c l e s w e r e t h e f r i c t i o n b e t w e e n t h e m o v i n g p a r t s a n d l e a k a g e o f a i r o u t o f t h e s y s t e m . H e t r i e d u s i n g e x t r a h o t g l u e a r o u n d j o i n t s a n d w r a p p i n g t h e c a n i n a l u m i n u m f o i l . B u t t h e r e w a s s t i l l t o o g r e a t a l o s s o f p r e s s u r e . H e u s e d a c a n d l e fl a m e f o r t h e h o t r e s e r v o i r a n d r o o m t e m p e r a t u r e a i r f o r t h e c o l d r e s e r v o i r . 2 9 5 A P P E N D I X I V H P A Y O F F T I M E H O M E W O R K E X P L A N A T I O N O F P A Y O F F T I M E H O M E W O R K T h i s a s s i g n m e n t w a s p u t u p o n a n o v e r h e a d . 1 . R e s e a r c h t h e a v e r a g e p a y o f f t i m e i n M i c h i g a n f o r a : a . c l o s e d - l o o p a n t i f r e e z e w a t e r h e a t i n g s y s t e m b . g e o t h e r m a l h e a t p u m p ( h i n t : e a r t h c o m f o r t . c o m h e l p s c a l c u l a t e t h i s o n e . ) 2 . A r e t h e r e t a x c r e d i t s a v a i l a b l e f o r e i t h e r o n e t h a t w o u l d i n fl u e n c e t h e p a y o f f t i m e ? 3 . D o c u m e n t y o u r s o u r c e s a n d a t t a c h a n y a r t i c l e s f r o m t h e w e b . T h e a t t a c h e d a r t i c l e i s y o u r d o c u m e n t a t i o n f o r a n y w e b s o u r c e s . 1 0 p o i n t s D u e 2 9 6 A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N P A Y O F F H O M E W O R K T w o d a y s b e f o r e t h e h o m e w o r k a s s i g n m e n t w a s d u e , o n e s t u d e n t a s k e d w h a t I m e a n t b y a v e r a g e p a y o f f t i m e . T h i s g a v e m e t h e c h a n c e t o c l a r i f y t h e m e a n i n g f o r t h e w h o l e c l a s s . I w o u l d n ’ t h a v e g u e s s e d t h a t t h e t e r m w o u l d b e u n k n o w n t o t h e m . T h e d a y b e f o r e t h e a s s i g n m e n t w a s d u e t h r e e s t u d e n t s m e n t i o n e d s o m e t h i n g p e r t a i n i n g t o t h e a s s i g n m e n t . “ I c o u l d n ’ t fi n d a n y t h i n g s p e c i fi c a l l y o n c l o s e d - l o o p a n t i f r e e z e s y s t e m s . ” I a s k e d i f t h e y h a d t r i e d a s k . c o m a n d g o t t h e s t u d e n t s b r a i n s t o r m i n g b r i e fl y a b o u t w h a t k e y w o r d s c o u l d b e t r i e d i n t h e s e a r c h . “ I s i t o k a y t o h i g h l i g h t t h e i n f o r m a t i o n o n p a y o f f t i m e ( o n t h e a r t i c l e ) , o r d o w e h a v e t o w r i t e i t o u t i n s e n t e n c e s ? ” I t o l d t h e c l a s s I w a n t e d i t w r i t t e n o u t i n s e n t e n c e s , b u t t h a t i t w o u l d b e h e l p f u l t o m e i n g r a d i n g i f t h e y c o u l d a l s o h i g h l i g h t t h e i n f o r m a t i o n i n t h e a r t i c l e . A n o t h e r s t u d e n t f o l l o w e d u p w i t h t h e c o m m e n t , “ I h i g h l i g h t e d t h e p a r a g r a p h s o f i n t e r e s t a n d d i d t h e p a y o f f i n a n o t h e r c o l o r s o i t s t o o d o u t . ” 2 9 7 A P P E N D I X I V I B U I L D I N G R O C K E T S ( T I N Y H E A T E N G I N E S ) D E S C R I P T I O N T h e s t u d e n t s w e r e g i v e n a h a n d o u t o f d i r e c t i o n s I h a d f o u n d o n t h e w e b . ( h t t p : / / s c i - t o y s . c o m / s c i t o y s / s c i t o y s / t h e r m o / t h e r m o . h t m l ) . I g a v e t h e m p a g e s 1 4 t h r o u g h 1 8 o n l y . T h e m a t e r i a l s n e e d e d a r e c o m m o n a n d i n e x p e n s i v e : b o o k m a t c h e s , a l u m i n u m f o i l , a p a p e r c l i p , a s t r a i g h t p i n a n d a l i g h t e r . T h e l i g h t e r s h o u l d b e t h e t y p e w i t h a l o n g b a r r e l t h a t i s t u r n e d o n u s i n g a g u n - l i k e t r i g g e r . T h e s t u d e n t l a y s a m a t c h h e a d o n a s m a l l s t r i p o f a l u m i n u m f o i l . A p a p e r c l i p i s u n f o l d e d a n d i t s e n d s e t u p a g a i n s t t h e m a t c h h e a d . T h a t w a y w h e n t h e m a t c h h e a d i s r o l l e d u p i n t h e a l u m i n u m f o i l , t h e r e i s a l i t t l e p a s s a g e w a y c r e a t e d . t h e f o i l i s t w i s t e d s h u t o n e a c h e n d o f t h e m a t c h h e a d . ( S e e m y p h o t o s . ) I t t a k e s a l o t o f c a r e n o t t o t e a r t h e f o i l w h e n t w i s t i n g i t . T h e o b j e c t i s t o c r e a t e a n a i r t i g h t s p a c e , e x c e p t f o r t h e p a s s a g e w a y . E x c e s s f o i l o n t h e e n d a w a y f r o m t h e p a p e r c l i p i s c u t o f f . T h e p a p e r c l i p i s t h e n r e m o v e d . A l a u n c h p a d i s m a d e b y c r u m p l i n g a p i e c e o f a l u m i n u m f o i l a r o u n d t h e h e a d o f a s t r a i g h t p i n . T h e b a l l i s a b o u t t h e d i a m e t e r o f a n i c k e l o r q u a r t e r . T h e p i n i s s i t u a t e d i n i t s o t h a t a t l e a s t h a l f o f t h e p i n i s s t i c k i n g o u t a n d p o i n t e d a t a 4 5 ° a n g l e t o t h e fl o o r . T h e p a s s a g e w a y c r e a t e d b y t h e p a p e r c l i p s l i d e s d o w n o v e r t h e e x p o s e d p i n . A l i g h t e r i s t h e n h e l d u n d e r t h e m a t c h h e a d . T h e m a t c h h e a d i g n i t e s a n d t h e r o c k e t z o o m s o f fl 2 9 8 P H O T O S O F B U I L D I N G R O C K E T S ( T I N Y H E A T E N G I N E S ) , , _ F i g u r e 8 9 b C u t a s m a l l s t r i p o f f o i l , a n d F i g u r e 8 9 a M a t e r i a l s : A l u m i n u m f o i l , c u t t h e h e a d o f f a m a t c h . s c i s s o r s , m a t c h e s , p a p e r c l i p , l i g h t e r , s t r a i g h t p i n . é g ’ w fi fi f i ; ‘ - } & 7 M W r e t i r e m e n t a s i t s : " . F i g u r e 8 9 c L a y m a t c h h e a d o n f o i l F i g u r e 8 9 d F o l d f o i l o v e r m a t c h w i t h p a p e r c l i p e n d t o u c h i n g m a t c h h e a d . h e a d a n d p a p e r c l i p , p r e s s i n g s n u g l y . F i g u r e 8 9 e A f t e r r o l l i n g t h e f o i l a r o u n d m a t c h a n d c l i p a f e w t i m e s , o u t t h e F i g u r e 8 9 f C a r e fi i l l y t w i s t t h e f o i l e x c e s s f o i l o f f . t i g h t l y a r o u n d t h e c l i p a n d m a t c h h e a d 2 9 9 d i m e s » . i f . , . . - F i g u r e 8 9 g C u t t h e e x c e s s o f f e n d F i g u r e 8 9 h P u t t h e h e a d o f t h e p i n o p p o s i t e o f t a i l p i p e s o i t fl i e s i n s i d e a w a d d e d u p b a l l o f f o i l . s m o o t h l y . , . . " . 1 : J ' 1 _ ; _ \ _ ; F i g u r e 8 9 i P o s i t i o n t h e p i n a t a 4 5 ° F i g u r e 8 9 j S l i d e t h e t a i l p i p e t h a t a n g l e t o t h e fl o o r a n d w a d t h e b a l l u p w a s c r e a t e d b y t h e p a p e r c l i p , d o w n t i g h t l y . o v e r t h e p i n . F i g u r e 8 9 k P o s i t i o n t h e fl a m e u n d e r t h e m a t c h h e a d u n t i l i t i g n i t e s a n d s h o o t s o f fl 3 0 0 A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N B U I L D I N G R O C K E T S ( T I N Y H E A T E N G I N E S ) A l l s t u d e n t s w e r e t o t a l l y e n g r o s s e d i n m a k i n g t h e r o c k e t s . A b o u t h a l f h a d t r o u b l e f o l l o w i n g t h e d i r e c t i o n s e v e n w i t h t h e p h o t o s , s o I w e n t a r o u n d t o e a c h g r o u p d e m o n s t r a t i n g t h e d i f f e r e n t s t e p s . I t i s c r u c i a l t h a t t h e r e a r e n o t e a r s i n t h e f o i l i n t h e c o m p a r t m e n t e n c l o s i n g t h e m a t c h h e a d . I t i s v e r y e a s y t o t e a r t h e f o i l w i t h o u t r e a l i z i n g i t w h e n t w i s t i n g . S o m e t e a r s a r e n ’ t a p p a r e n t e v e n u p o n c l o s e v i s u a l i n s p e c t i o n . I h a d e a c h s t u d e n t m a k e 5 r o c k e t s s o t h a t t h e y w e r e l i k e l y t o h a v e a t l e a s t o n e t h a t w o r k e d w e l l . T h e c o n t e s t t o o k p l a c e o u t s i d e o n a s e c t i o n o f s i d e w a l k t h a t w a s a b o u t 2 0 f e e t w i d e . T h e s t u d e n t s w e r e a b l e t o l i n e u p s i d e b y s i d e o n t h e s t a r t i n g l i n e . T h e i r fi r s t r o c k e t w a s s e t o n t h e s i d e w a l k . T h e y h e l d a l i g h t e r u n d e r t h e i r m a t c h h e a d a n d w h e n I s a i d “ g o ” t h e y a l l l i t t h e i r l i g h t e r s . W e w e r e u s i n g r e g u l a r c i g a r e t t e - t y p e b u t a n e l i g h t e r s . B e c a u s e t h e fl a m e h a d t o s t a y l i t f o r 8 s e c o n d s o r s o b e f o r e i g n i t i o n , m a n y s t u d e n t s w e r e b u r n i n g t h e i r t h u m b s . I e n d e d u p d o i n g i t f o r m a n y o f t h e s t u d e n t s s o b u r n e d m y o w n t h u m b o v e r a n d o v e r . F o r e a c h h e a t t h e t h r e e r o c k e t s t h a t w e n t t h e f a r t h e s t s t a y e d o n t h e g r o u n d w h e r e t h e y l a n d e d . I f t h e y w e r e b e a t o u t b y r o c k e t s i n a s u b s e q u e n t h e a t t h e y w e r e r e m o v e d s o t h a t t h e r e w e r e a l w a y s o n l y 3 r o c k e t s r e m a i n i n g o n t h e g r o u n d b y t h e t i m e t h e n e x t h e a t s t a r t e d . F i r s t , s e c o n d a n d t h i r d p l a c e w i n n e r s w e r e a l l g i r l s a t 5 ’ 2 ” , 4 ’ 6 ” a n d 3 ’ 5 ” . T h e y w e r e e x c i t e d . “ T h e g i r l s r u l e ! ” T h e r e w a s n o t t i m e t o d o t h e f o l l o w - u p q u e s t i o n s i n t h e s a m e c l a s s p e r i o d a s t h e c o n t e s t , s o t h o s e w e r e d o n e t h e n e x t d a y . A s s t u d e n t s c l e a n e d u p a t t h e e n d o f t h e h o u r I o v e r h e a r d s e v e r a l s t u d e n t s p l a n n i n g t o m a k e s o m e m o r e r o c k e t s a t h o m e . “ I ’ m g o i n g t o p u t fi v e m a t c h h e a d s i n m i n e ! ” 3 0 1 A P P E N D I X I V J F O L L O W - U P Q U E S T I O N S O N H E A T E N G I N E S H o w D o e s I t W o r k ? H e a t E n g i n e s G a s o l i n e E n g i n e L o o k a t t h e d i a g r a m o f a g a s o l i n e e n g i n e o n p . 2 5 6 o f y o u r t e x t . 1 . W h a t c a u s e s t h e c r a n k s h a f t t o t u r n s o t h a t t h e w h e e l s o n y o u r c a r w i l l t u r n ? 2 . W h a t c a u s e s t h e p i s t o n t o m o v e d o w n ? 3 . W h a t h e a t s t h e g a s ? 4 . W h a t i s t h e h o t r e s e r v o i r i n a g a s o l i n e e n g i n e ? 5 . W h a t i s t h e c o l d r e s e r v o i r ? 6 . W r i t e a n e q u a t i o n o f t h e fi r s t l a w o f t h e r m o d y n a m i c s t h a t s p e c i fi c a l l y d e s c r i b e s t h e g a s o l i n e e n g i n e . R o c k e t L o o k a t t h e t i n y r o c k e t s y o u m a d e . 1 . W h a t i s t h e h o t r e s e r v o i r ? 2 . W h a t i s t h e c o l d r e s e r v o i r ? 3 . W h a t d o e s t h e w o r k o f m o v i n g t h e r o c k e t ? 3 0 2 T e a c h e r ’ s K e y H o w D o e s I t W o r k ? H e a t E n g i n e s G a s o l i n e E n g i n e L o o k a t t h e d i a g r a m o f a g a s o l i n e e n g i n e o n p . 2 5 6 o f y o u r t e x t . 1 . W h a t c a u s e s t h e c r a n k s h a f t t o t u r n s o t h a t t h e w h e e l s o n y o u r c a r w i l l t u r n ? T h e p i s t o n m o v i n g u p a n d d o w n c a u s e s t h e c r a n k s h a f t t o t u r n . 2 . W h a t c a u s e s t h e p i s t o n t o m o v e d o w n ? T h e e x p a n s i o n o f t h e h e a t i n g g a s e s c a u s e s t h e p i s t o n t o m o v e d o w n . 3 . W h a t h e a t s t h e g a s ? A s p a r k f r o m t h e s p a r k p l u g h e a t s t h e g a s . 4 . W h a t i s t h e h o t r e s e r v o i r i n a g a s o l i n e e n g i n e ? T h e h o t g a s i n t h e c y l i n d e r i s t h e h o t r e s e r v o i r . 5 . W h a t i s t h e c o l d r e s e r v o i r ? T h e e x h a u s t c o m i n g o u t o f t h e t a i l p i p e i s t h e c o l d r e s e r v o i r . 6 . W r i t e a n e q u a t i o n o f t h e fi r s t l a w o f t h e r m o d y n a m i c s t h a t s p e c i fi c a l l y d e s c r i b e s t h e g a s o l i n e e n g i n e . Q h o t g a s i n c l y i n d e r : W p i s t o n d o e s o n c r a n k + Q e x h a u s t R o c k e t L o o k a t t h e t i n y r o c k e t s y o u m a d e . 1 . W h a t i s t h e h o t r e s e r v o i r ? G a s e s h e a t e d b y t h e b u r n i n g m a t c h h e a d i n s i d e t h e f o i l m a k e u p t h e h o t r e s e r v o i r . 2 . W h a t i s t h e c o l d r e s e r v o i r ? T h e e x h a u s t g a s e s c o m i n g o u t o f t h e t a i l c o m p r i s e t h e c o l d r e s e r v o i r . 2 . W h a t d o e s t h e w o r k o f m o v i n g t h e r o c k e t ? C o l l i s i o n s o f t h e f a s t m o v i n g g a s p a r t i c l e s a g a i n s t t h e i n s i d e o f t h e f o i l o n t h e w a l l o p p o s i t e t h e t a i l p i p e . ( T h e r e a r e n o c o l l i s i o n s i n t h e t a i l p i p e d i r e c t i o n a s t h e r e i s n o w a l l f o r t h e p a r t i c l e s t o h i t a g a i n s t . ) 3 0 3 A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N “ H O W D O E S I T W O R K ? ” A n y d i a g r a m o f a g a s o l i n e e n g i n e w o u l d w o r k a s t h e v i s u a l f o r t h e fi r s t s e t o f q u e s t i o n s . T h e o n l y r e q u i r e m e n t s w o u l d b e t h a t i t s h o w e d t h e p i s t o n a n d t h e s p a r k p l u g . S t u d e n t s h a d t r o u b l e fi g u r i n g o u t w h a t c a u s e d t h e p i s t o n t o m o v e d o w n . W h e n n o n e o f t h e m c a m e u p w i t h t h e a n s w e r , I g u i d e d t h e m t h r o u g h w i t h q u e s t i o n s s u c h a s “ W h a t i s i n t h e c y l i n d e r ? ” “ W h a t h a p p e n s t o t h e g a s w h e n t h e s p a r k i g n i t e s ? ” “ H o w d o e s a g a s c h a n g e a s i t s t e m p e r a t u r e i n c r e a s e s ? ” S t u d e n t s a l s o h a d t r o u b l e fi g u r i n g o u t w h a t t h e c o l d r e s e r v o i r w a s . I fi n a l l y j u s t t o l d t h e m t h a t i t w a s t h e g a s o u t s i d e o f t h e c a r . A f t e r a n s w e r i n g t h e q u e s t i o n s o n t h e c a r e n g i n e , s t u d e n t s h a d n o t r o u b l e i d e n t i f y i n g t h e h o t a n d c o l d r e s e r v o i r s o n t h e i r t i n y r o c k e t s . N u m b e r t h r e e h o w e v e r , h a d t h e m s t u m p e d . T h e r e w a s a n e x c e l l e n t e x p l a n a t i o n i n a p a c k e t a v a i l a b l e o n t h e i n t e m e t t i t l e d C h a p t e r 5 T h e r m o d y n a m i c s . ( h t t p : / / s c i - t o y s . c o m / s c i t o y s / s c i t o y s / t h e r m o / t h c r m . h t m l ) . T h e e x p l a n a t i o n i s i n t h e t o p t h r e e p a r a g r a p h s o n p a g e 7 . I r e a d i t a l o u d t o t h e m a f t e r t h e y t o o k a f e w s t a b s o n t h e i r o w n a t p o s s i b l e a n s w e r s . 3 0 4 A P P E N D I X I V K D E S I G N Y O U R O W N S O L A R C O L L E C T O R E X P E R I M E N T S T U D E N T C O P Y P u r p o s e : T o e n g a g e i n a u t h e n t i c r e s e a r c h t h a t w i l l c o n t r i b u t e t o w a r d i m p r o v e m e n t s i n s o l a r c o l l e c t o r d e s i g n , a n d t o c o m m u n i c a t e t h e fi n d i n g s t o t h e s c i e n t i fi c a n d a l t e r n a t i v e e n e r g y c o m m u n i t i e s v i a i n t e m e t p o s t i n g s . B a c k g r o u n d : D r a w t w o l a b e l e d d i a g r a m s o f a fl a t p l a t e s o l a r c o l l e c t o r ( o n e t o p v i e w , o n e s i d e v i e w ) . D e v e l o p i n g Y o u r R e s e a r c h Q u e s t i o n : 1 . L o o k i n g a t t h e d r a w i n g y o u m a d e , a n d t h i n k i n g a b o u t t h e f u n c t i o n s o f t h e v a r i o u s c o m p o n e n t s , m a k e a l i s t o f t h i n g s t h a t c o u l d b e v a r i e d a n d t e s t e d . C L A S S D I S C U S S I O N A F T E R T H I S S T E P ! T o p o o l o u r i d e a s . 3 0 5 . D u r i n g t h e c l a s s d i s c u s s i o n o f p o s s i b l e c o m p o n e n t s t o v a r y , c h o o s e w h i c h c o m p o n e n t y o u w o u l d l i k e t o e x p e r i m e n t w i t h a n d g e t t h e t e a c h e r ' s a p p r o v a l ( s o t h a t w e a r e n o t a l l i n v e s t i g a t i n g t h e s a m e o n e ) . I n m y e x p e r i m e n t I p l a n t o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t s o f v a r y i n g . B r a i n s t o r m p o s s i b l e m e t h o d s f o r i n v e s t i g a t i n g v a r i a t i o n i n t h e c h o s e n p a r a m e t e r . D r a w d i a g r a m s a n d j o t n o t e s o n s e p a r a t e p a g e s t h a t y o u l a b e l " B r a i n s t o r m i n g " . A t t a c h t h o s e p a p e r s t o t h i s p a c k e t . T h i n k a b o u t t h e p h y s i c a l s e t - u p , t a k i n g c a r e t h a t o n l y O N E p a r a m e t e r i s v a r i e d , t h a t t h e p r o c e d u r e r e a l l y t e s t s y o u r r e s e a r c h q u e s t i o n , t h a t y o u h a v e a m e t h o d t o c o l l e c t e m p i r i c a l d a t a . C o n s i d e r w h e t h e r t h e m a t e r i a l s y o u w o u l d n e e d a r e a v a i l a b l e a t s c h o o l , a t h o m e , o r a r e r e a l l y c h e a p f o r y o u t o p u r c h a s e . C h e c k w i t h y o u r t e a c h e r a n d y o u r p a r e n t s . W e m a y b e a b l e t o h e l p y o u t h i n k o f c h e a p o r c o m m o n s o u r c e s f o r y o u r m a t e r i a l s . . D i s c u s s y o u r i d e a s w i t h o t h e r s t u d e n t s t o g e t h e l p o v e r c o m i n g o b s t a c l e s a n d t o r e fi n e y o u r p l a n . . F i l l o u t t h e a t t a c h e d f o r m t i t l e d " R e s e a r c h P r o p o s a l " . . M e e t w i t h y o u r t e a c h e r t o g e t a p p r o v a l . B e p r e p a r e d t o d i s c u s s e v e r y t h i n g o n y o u r p r o p o s a l s h e e t . . P e r f o r m t h e e x p e r i m e n t . R e c o r d d a t a i n i n k . P u t d a t e s a n d t i m e s o n p a g e s . T a k e d i g i t a l p h o t o s o f y o u r s e t - u p s a n d a s p a r t o f d a t a c o l l e c t i o n i f a p p l i c a b l e . . W r i t e a f o r m a l l a b r e p o r t . S e e h a n d o u t t i t l e d " F o r m a t f o r L a b W r i t e - U p s " . . P r e s e n t y o u r r e p o r t t o t h e c l a s s . W e w i l l d i s c u s s i t . 1 0 . P o s t y o u r fi n d i n g s o n o u r w e b p a g e . 3 0 6 R e s e a r c h P r o p o s a l R e s e a r c h e r ’ s N a m e : D a t e o f m e e t i n g : P a r a m e t e r U n d e r S t u d y : ( T h e c o m p o n e n t y o u w i l l s t u d y . E x a m p l e : b o x d e p t h ) V a r i a t i o n s o f P a r a m e t e r : ( E x a m p l e : b o x d e p t h s o f 6 c m , 1 2 c m , 1 8 c m ) C o n t r o l : ( E x a m p l e : 2 b o x e s o f t h e s a m e d e p t h t o s e e w h a t s o r t o f n a t u r a l v a r i a t i o n i s i n h e r e n t i n y o u r s y s t e m ) D i a g r a m : D r a w a n d l a b e l y o u r p l a n n e d e x p e r i m e n t a l s e t - u p . P r o c e d u r e : D e s c r i b e i t t o m e v e r b a l l y . T h e n w e w i l l d i s c u s s t h e f o l l o w i n g q u e s t i o n s , w h i c h y o u w i l l a l r e a d y h a v e w r i t t e n a n s w e r s t o b e l o w . 1 . I s t h e r e r e a l l y o n l y o n e v a r i a b l e ? 2 . D o e s y o u r p r o c e d u r e r e a l l y t e s t w h a t y o u w a n t i t t o t e s t ? 3 . I s i t l o g i s t i c a l l y p o s s i b l e ? ( t i m e - w i s e , l o c a t i o n - w i s e ? ) 4 . L i s t t h e e m p i r i c a l d a t a y o u w i l l b e a b l e t o g a t h e r : 3 0 7 5 . W h a t w i l l b e p o s s i b l e s o u r c e s o f e r r o r a n d h o w c o u l d y o u m i n i m i z e t h e m ? 6 . W h a t a s s u m p t i o n s h a v e s h a p e d y o u r c h o i c e o f v a r i a t i o n s i n t h e p a r a m e t e r ? M a t e r i a l s N e e d e d : ( l i s t t h e m ) W e w i l l d i s c u s s w h e r e y o u c a n g e t e a c h o n e . p o i n t s : I n s t r u c t o r ' s A p p r o v a l d a t e 3 0 8 T e a c h e r ’ s K e y D e s i g n Y o u r O w n S o l a r C o l l e c t o r E x p e r i m e n t P u L p o s e : T o e n g a g e i n a u t h e n t i c r e s e a r c h t h a t w i l l c o n t r i b u t e t o w a r d i m p r o v e m e n t s i n s o l a r c o l l e c t o r d e s i g n , a n d t o c o m m u n i c a t e t h e fi n d i n g s t o t h e s c i e n t i fi c a n d a l t e r n a t i v e e n e r g y c o m m u n i t i e s v i a i n t e m e t p o s t i n g s . B a c k g r o u n d : D r a w t w o l a b e l e d d i a g r a m s o f a fl a t p l a t e s o l a r c o l l e c t o r ( o n e t o p v i e w , o n e s i d e v i e w ) . F i g u r e 9 0 F l a t P l a t e C o l l e c t o r ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) D e v e l o p i n g Y o u r R e s e a r c h Q u e s t i o n : 1 . L o o k i n g a t t h e d r a w i n g y o u m a d e , a n d t h i n k i n g a b o u t t h e f u n c t i o n s o f t h e v a r i o u s c o m p o n e n t s , m a k e a l i s t o f t h i n g s t h a t c o u l d b e v a r i e d a n d t e s t e d . I d e n t i t y o f l i q u i d i n m a n i f o l d M a t e r i a l m a n i f o l d i s m a d e o f ( t y p e s o f m e t a l , p l a s t i c , r u b b e r , g l a s s ) C o l o r o r o t h e r o p t i c a l p r o p e r t i e s o f m a n i f o l d m a t e r i a l ( t r a n s p a r e n t , o p a q u e ) D i a m e t e r o f m a n i f o l d t u b e s o r t h i c k n e s s o f t h e t u b i n g w a l l s A m o u n t o f t u b i n g D i s t a n c e m a n i f o l d i s f r o m t h e a b s o r b e r S i z e a n d s h a p e o f t h e b o x A b s o r b e r m a t e r i a l , c o l o r , t h i c k n e s s , m a s s M a t e r i a l u s e d f o r g l a z i n g , t h i c k n e s s , a l t e r a t i o n s t o m a k e i t t r a n s p a r e n t o r o p a q u e t o c e r t a i n f r e q u e n c i e s I n s u l a t i o n m a t e r i a l , i d e n t i t y , t h i c k n e s s , p l a c e m e n t O r i e n t a t i o n o f c o l l e c t o r w i t h r e s p e c t t o t h e s u n C L A S S D I S C U S S I O N A F T E R T H I S S T E P ! T o p o o l o u r i d e a s . 3 0 9 L A B F O R M A T F O R E X P E R I M E N T A L W R I T E - U P S U S E D W I T H D E S I G N Y O U R O W N S O L A R C O L L E C T O R E X P E R I M E N T T h e f o l l o w i n g i s a h a n d o u t I g i v e o u t t o s t u d e n t s a t t h e b e g i n n i n g o f t h e y e a r . I t s h o w s t h e f o r m a t t h a t t h e y a r e e x p e c t e d t o f o l l o w f o r a l l l a b r e p o r t s f o r t h e y e a r . L a b F o r m a t f o r E x p e r i m e n t a l W r i t e - U p s T i t l e : T h i s s h o u l d b e d e s c r i p t i v e a n d c o n c i s e . I t s h o u l d m e n t i o n t h e g e n e r a l t y p e o f s y s t e m a n d a n y v a r i a b l e o r r e l a t i o n s h i p u n d e r s t u d y . E x a m p l e : T h e E f f e c t o f N i t r o g e n o n C o r n P u r p o s e : S t a t e w h y y o u a r e d o i n g t h e e x p e r i m e n t . I f t h e r e i s a h y p o t h e s i s , i t s h o u l d b e i n c l u d e d h e r e . E x a m p l e : T h e p u r p o s e o f t h i s e x p e r i m e n t i s t o t e s t t h e h y p o t h e s i s t h a t n i t r o g e n c a u s e s c o r n p l a n t s t o g r o w t a l l e r t h a t t h e y w o u l d o t h e r w i s e g r o w . M a t e r i a l s : T h i s s h o u l d b e d i s p l a y e d a s a l i s t , r a t h e r t h a n i n p a r a g r a p h f o r m . B e s p e c i fi c s o t h a t o t h e r s c o u l d r e p l i c a t e y o u r e x p e r i m e n t u s i n g t h e s a m e m a t e r i a l s . E x a m p l e : 7 5 c o m s e e d l i n g s i n a g a r d e n o f s a n d y l o a m s o i l M i r a c l e G r o f e r t i l i z e r R u l e r P r o c e d u r e : T h i s s h o u l d b e d i s p l a y e d s t e p - w i s e , r a t h e r t h a n i n p a r a g r a p h f o r m . B e s p e c i fi c e n o u g h t h a t o t h e r s c o u l d r e p l i c a t e y o u r e x p e r i m e n t . I n c l u d e a c o n t r o l a n d l i m i t y o u r v a r i a b l e s t o o n e . E x a m p l e : 1 . C h o o s e 3 g r o u p s o f 2 5 c o m s e e d l i n g s i n a g a r d e n o f s a n d y l o a m s o i l t h a t a r e f a r e n o u g h fi ' o m e a c h o t h e r t h a t w a t e r w i l l n o t b e s h a r e d b e t w e e n t h e m . 2 . M e a s u r e t h e h e i g h t o f e a c h p l a n t a n d r e c o r d a l o n g w i t h t h e d a t e . 3 . W a t e r a l l s e t s o f p l a n t s t h e s a m e a m o u n t o n t h e s a m e d a y s , u s i n g a s p r i n k l i n g c a n t o i n s u r e t h e a m o u n t s a r e e q u a l . 4 . A p p l y M i r a c l e G r o t o o n e s e t o f 2 5 p l a n t s a c c o r d i n g t o t h e d i r e c t i o n s o n t h e p a c k a g e . 5 . M e a s u r e t h e h e i g h t o f a l l p l a n t s d a i l y f o r t w o m o n t h s , r e c o r d i n g a n y q u a l i t a t i v e o b s e r v a t i o n s a s w e l l . D a t a a n d O b s e r v a t i o n s : T h i s s e c t i o n s h o u l d i n c l u d e q u a n t i t a t i v e d a t a d i s p l a y e d i n a c h a r t , t a b l e o r o t h e r g r a p h i c a s w e l l a s s e n t e n c e s o f q u a l i t a t i v e o b s e r v a t i o n s . 3 1 0 E x a m p l e : P l a n t H e i g h t R a w D a t a d a t e p l a n t h e i g h t ( c m ) p l a n t h e i g h t ( c m ) f o r p l a n t h e i g h t f o r f o r 1 c o n t r o l 2 c o n t r o l 3 n i t r o F i g u r e 9 1 S a m p l e D a t a T a b l e A v e r a g e H e i g h t : P e r c e n t a g e o f D i f f e r e n c e C a l c u l a t i o n s : O b s e r v a t i o n s : I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e g r o u n d i n t h e v i c i n i t y o f g r o u p 2 a p p e a r s t o b e l o w e r t h a t t h e s u r r o u n d i n g l a n d . W a t e r t e n d s t o a c c u m u l a t e t h e r e a f t e r a r a i n m o r e s o t h a n i n t h e a r e a s o f g r o u p s 1 a n d 3 . A n a l y s i s a n d C o n c l u s i o n : T h e r a w d a t a s h o u l d b e s u m m a r i z e d a n d r e d i s p l a y e d i n a f o r m t h a t s h o w s a n y p a t t e r n s o r r e l a t i o n s h i p s t h a t m a y b e p r e s e n t , s u c h a s u s i n g b a r g r a p h s , x - y g r a p h s , p i e c h a r t s , e t c . T h e r e s h o u l d b e a s t a t e m e n t t h a t t i e s b a c k t o t h e p u r p o s e . T h e e x p e r i m e n t e r s h o u l d p o i n t o u t fl a w s i n t h e o r i g i n a l p r o c e d u r e a n d a n y i r r e g u l a r i t i e s o r u n e x p e c t e d c o n d i t i o n s . I m p r o v e m e n t s i n p r o c e d u r e s h o u l d b e l i s t e d a s w e l l a s s u g g e s t i o n s f o r f o l l o w - u p s t u d i e s . 3 1 1 E x a m p l e : A v e r a g e h e i g h t g a i n i n c e n t i m e t e r s G r o u p 1 ( c o n t r o l ) G r o u p 2 ( c o n t r o l ) G r o u p 3 ( n i t r o g e n ) F i g u r e 9 2 S a m p l e B a r G r a p h I t a p p e a r s t h a t t h e n i t r o g e n f e r t i l i z e r M i r a c l e G r o r e s u l t e d i n c o r n p l a n t s g r o w i n g t a l l e r t h a t t h e y o t h e r w i s e w o u l d h a v e . T h e d i f f e r e n c e i n h e i g h t b e t w e e n t h e t w o c o n t r o l s c o u l d h a v e b e e n d u e t o t h e l o w e r e l e v a t i o n o f t h e l a n d i n t h e a r e a o f g r o u p 2 . F u t u r e f o l l o w - u p s t u d i e s s h o u l d c o r r e c t f o r t h a t u n w a n t e d a d d i t i o n a l v a r i a b l e . O t h e r f o l l o w - u p s t u d i e s s h o u l d u s e n i t r o g e n f e r t i l i z e r s o t h e r t h a n M i r a c l e G r o t o b e s u r e t h e d i f f e r e n c e i n h e i g h t w a s d u e t o n i t r o g e n a n d n o t s o m e o t h e r c o n s t i t u e n t o f t h a t f e r t i l i z e r . 3 1 2 P H O T O S O F D E S I G N Y O U R O W N S O L A R C O L L E C T O R E X P E R H V I E N T k A F i g u r e 9 3 b D i s c u s s i n g C o n fi g u r a t i o n s F i g u r e 9 3 a C u t t i n g F o a m f o r I n s u l a t i o n I f o r t h e M a n i f o l d i L . . . . . F i g u r e 9 3 c E n c o u n t e r i n g a C h a l l e n g e F i g u r e 9 3 d F i l l i n g t h e M a n i f o l d T u b i n g T h a t L e d t o P r o b l e m S o l v i n g F i g u r e 9 3 e P r e p a r i n g V a r i o u s G l a z i n g s 3 1 3 " 1 1 s . F i g u r e 9 3 h O u t s i d e a n d R e a d y t o C o l l e c t d a t a F i g u r e 9 3 g P r e p a r i n g t o I n s u l a t e F i g u r e 9 3 i B a c k i n s i d e , t h e d a t a h a s b e e n t a k e n a n d i t ’ s t i m e t o t a k e t h e m a p a r t a n d c l e a n u p 3 1 4 A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N D E S I G N Y O U R O W N S O L A R C O L L E C T O R A f t e r d r a w i n g t h e fl a t p l a t e c o l l e c t o r , s t u d e n t s w r o t e d o w n e v e r y t h i n g t h e y c o u l d t h i n k o f t h a t c o u l d b e v a r i e d a n d t e s t e d . T h e n w e d i s c u s s e d t h e l i s t a s a g r o u p , w i t h s t u d e n t s a d d i n g i d e a s o f o t h e r s t o t h e i r o w n l i s t . T h e e x c h a n g e o f i d e a s l e d t o e v e n m o r e i d e a s . T h e n s t u d e n t s b r o k e i n t o g r o u p s a n d a s a g r o u p , d e c i d e d w h i c h p a r a m e t e r t o v a r y . M a n y h a d t r o u b l e u n d e r s t a n d i n g , o r fi g u r i n g o u t , h o w t o v a r y o n l y o n e p a r a m e t e r . I o v e r h e a r d o n e s t u d e n t s a y i n g , “ O n e w i l l b e b l a c k , o n e w i l l h a v e i n s u l a t i o n a n d o n e w i l l . . . . ” S h e w a s c u t o f f b y a n o t h e r g r o u p m e m b e r w h o i n t e r r u p t e d h e r , “ N o . O n l y o n e t h i n g c a n b e c h a n g e d . ” A s i n t h e A b s o r b a n c e a n d E m i s s i o n L a b , e a c h g r o u p h a d t h r e e c o l l e c t o r s . T w o w e r e i d e n t i c a l t o c h e c k f o r v a r i a t i o n w i t h i n t h e s y s t e m . O n e w a s d i f f e r e n t i n o n l y o n e w a y . W h e n t h e g r o u p s m o v e d o n t o # 3 , b r a i n s t o r m i n g t h e i r e x p e r i m e n t a l d e s i g n , t h e r e w a s a n a b u n d a n c e o f c r i t i c a l t h i n k i n g a n d m e a n i n g f u l d i s c u s s i o n . M o s t o f t h e d i s c u s s i o n s r e v o l v e d a r o u n d w h a t t h e y w o u l d u s e f o r i n s u l a t i o n . “ H o w a r e w e g o i n g t o i n s u l a t e t h e t u b s ? ” “ Y o u h a v e t o h a v e i t e x a c t l y t h e s a m e i n a l l t h r e e t u b s u n l e s s y o u a r e s t u d y i n g v a r i a t i o n s i n i n s u l a t i o n . ” “ W i l l w e j u s t p u t i t o n t h e w a l l s ? ” “ N o . A n d w h a t a b o u t t h e t o p w h e r e t h e g l a s s i s ? ” “ W h a t a r e w e g o i n g t o u s e f o r t h e i n s u l a t i o n ? ” O n e g i r l s u g g e s t e d u s i n g s p r a y - o n f o a m . A n o t h e r c o m m o n d i s c u s s i o n c e n t e r e d o n t h e m a n i f o l d . “ W h i c h t u b i n g a r e w e g o i n g t o u s e ? ” “ W h a t i s t h e r e t h e m o s t o f ? ” I h a d c o p p e r , c l e a r p l a s t i c a n d b l a c k r u b b e r t u b i n g a v a i l a b l e i n v a r i o u s d i a m e t e r s . I t t o o k m u c h l o n g e r t h a t e x p e c t e d t o m e e t w i t h e a c h g r o u p t o d i s c u s s t h e r e s e a r c h p r o p o s a l s . I h a d t o g o t h r o u g h e v e r y d e t a i l o f t h e i r d e s i g n w i t h t h e m , f o r c i n g t h e m t o 3 1 5 m a k e d e c i s i o n s a b o u t w h a t t h e y w o u l d u s e f o r t h e i r a b s o r b e r , h o w t h e y w o u l d c l o s e o f f t h e t u b e s o f t h e m a n i f o l d , h o w t h e y w o u l d g a t h e r d a t a a n d w h a t d a t a t h e y w o u l d g a t h e r . I a l s o h a d t o h e l p s o m e g r o u p s n a r r o w t h e i r v a r i a b l e s d o w n t o j u s t o n e . I n t h e e n d , a l l g r o u p s c h o s e a d i f f e r e n t p a r a m e t e r t o v a r y . T h e s p e c t r u m i n c l u d e d t h e m a t e r i a l t h e m a n i f o l d w a s m a d e o f , 3 - D a r r a n g e m e n t o f t h e m a n i f o l d , t y p e o f g l a z i n g , t y p e o f i n s u l a t i o n a n d i d e n t i t y o f t h e l i q u i d i n t h e m a n i f o l d . M o s t s t u d e n t s s t i l l d i d n o t u n d e r s t a n d t h a t t h e m a i n f u n c t i o n o f t h e c o n t r o l w a s t o s e e h o w m u c h v a r i a t i o n w a s i n h e r e n t w i t h i n d e s i g n . T h e s t u d e n t s d i d a l l s e e m t o r e a l l y e n j o y h a v i n g m e g o o v e r e v e r y d e t a i l o f t h e p r o p o s a l w i t h t h e m . T h e i r e n j o y m e n t o f t h e c r e a t i v e a s p e c t o f d e s i g n i n g t h e e x p e r i m e n t f r o m s c r a t c h w a s e v i d e n t i n t h e i r c o m m e n t s a n d t h e e n t h u s i a s m i n w h i c h t h e y w e n t a b o u t p l a n n i n g i t o u t . M a n y s e e m e d t o r e l i s h t h e c o m p l e x i t y o f t h e d e t a i l s . O n e g i r l w a s t h i n k i n g c r i t i c a l l y a n d f o c u s i n g o n d e t a i l w h e n s h e a s k e d , “ W i l l i t a f f e c t t h e o u t c o m e t h a t t h e c o p p e r t u b e i s s t i f f a n d w i l l l a y s t r a i g h t o v e r t h e a b s o r b e r , w h e n t h e c l e a r t u b i n g i s w i m p y a n d s a g s d o w n o n e i t h e r s i d e ? ” W e t a l k e d a b o u t t h e a n g l e o f t h e i n c o m i n g r a d i a t i o n a n d d i f f e r e n c e s i n c o n t a c t w i t h t h e a b s o r b e r v e r s u s h a v i n g a i r s p a c e b e t w e e n t h e t w o . S h e e n d e d u p d e s i g n i n g s o m e s u p p o r t s ( h e r i d e a t o t a l l y ) t o p u t u n d e r b o t h t h e c o p p e r a n d t h e c l e a r t u b i n g . O n e b o y w a s v e r y e x c i t e d a b o u t h i s d e s i g n . H e t o l d m e a l l a b o u t h o w h i s f a t h e r h a d e m b e d d e d p i p e s i n t h e c e m e n t fl o o r o f t h e i r b a r n f o r h o t w a t e r h e a t . T h e v a r i a b l e i n t h i s b o y ’ s e x p e r i m e n t w a s t h e 3 - D a r r a n g e m e n t o f t h e m a n i f o l d . H e s a i d a s h i s g r o u p w a s d i s c u s s i n g t h e d e s i g n h e w a s e n v i s i o n i n g t h e w o r k h i s f a t h e r h a d d o n e l a y i n g o u t t h e p i p e 3 1 6 i n t h e b a r n . T o k e e p t h e g r o u p s b u s y w h i l e I w a s m e e t i n g w i t h o t h e r g r o u p s , a n d t o h e l p r e v i e w f o r t h e u p c o m i n g t e s t , I h a d w r i t t e n a s e t o f m a t h p r o b l e m s o n t h e b o a r d . T h e d a y o f t h e e x p e r i m e n t a l l o f t h e s t u d e n t s w e r e 1 0 0 % f u l l y e n g a g e d 1 0 0 % o f t h e t i m e . T h e y w o r k e d v e r y e f fi c i e n t l y a n d m a n a g e d t o g e t t h e i r c o l l e c t o r s o u t i n t o t h e s u n b e f o r e t h e e n d o f t h e h o u r . O n e e x c e p t i o n w a s a g r o u p o f g i r l s t h a t a l w a y s w o r k s v e r y m e t i c u l o u s l y L o t s o f p r o b l e m s o l v i n g o c c u r r e d d u r i n g c o n s t r u c t i o n . S t u d e n t s w e r e r u n n i n g i n t o d e s i g n p r o b l e m s t h e y h a d n o t a n t i c i p a t e d a n d s o l v i n g t h e m a s t h e y w e n t . T h e y s e e m t o a b s o l u t e l y l o v e t h i s s o r t o f a c t i v i t y . I w a s r u s h i n g f r o m o n e e n t h u s i a s t i c g r o u p t o a n o t h e r h e l p i n g t h e m l o c a t e m a t e r i a l s I d o n ’ t n o r m a l l y h a v e o u t . T h e y w e r e c o m i n g u p w i t h a l l s o r t s o f c r e a t i v e w a y s t o u s e m a t e r i a l s t o s o l v e p r o b l e m s . “ C a n w e g e t a f u n n e l ? ” T h i s g r o u p w a s h a v i n g t r o u b l e fi l l i n g t h e i r m a n i f o l d t u b e s w i t h a n t i f r e e z e . “ D o y o u h a v e a n y w i r e ? ” T h i s g r o u p ’ s m a n i f o l d w a s s t i f f a n d r e f u s i n g t o s t a y i n t h e c o n f o r m a t i o n t h e y w e r e t r y i n g t o e s t a b l i s h . O n e g r o u p c a m e u p w i t h a c r e a t i v e w a y t o s t o p t h e e n d s o f t h e i r m a n i f o l d t u b e s . T h e y u s e d c a p s f r o m w h i t e b o a r d m a r k e r s . T h e y l e f t t h e m a r k e r s t h e m s e l v e s a t t a c h e d s o t h e y w o u l d n ’ t d r y o u t . S t u d e n t s w e r e a l s o d i s c u s s i n g w h i c h d a t a w a s i m p o r t a n t t o g a t h e r . S o m e m a s s e d t h e i r b r i c k a b s o r b e r s . S o m e m e a s u r e d t e m p e r a t u r e s o f t h e l i q u i d s b e f o r e fi l l i n g t h e m a n i f o l d . S o m e w r o t e d o w n t h e t i m e t h e y fi r s t s e t t h e i r c o l l e c t o r s i n t h e s u n . I h a d a l l g r o u p s t a k e p h o t o s o f t h e i r s e t - u p s a f t e r t h e y g o t o u t s i d e . T h o s e c o u l d b e u s e d i n t h e i r l a b w r i t e - u p s . S t u d e n t s t o o k r e a d i n g s b e t w e e n c l a s s e s a n d d u r i n g t h e i r l u n c h . T h e n e x t d a y i t w a s c l o u d y , s o t h e g r o u p t h a t h a d n ’ t fi n i s h e d i n t i m e t o s e t t h e i r c o l l e c t o r s o u t s i d e p u t t h e m u n d e r h e a t l a m p s . T h e y w e r e v e r y c a r e f u l t o b e s u r e e a c h 3 1 7 c o l l e c t o r w a s r e c e i v i n g t h e s a m e a m o u n t o f r a d i a t i o n f r o m t h e s a m e a n g l e a t t h e s a m e d i s t a n c e . T h e y b e g a n w o r k i n g o n t h e l a b w r i t e - u p a s t h e y t o o k o c c a s i o n a l d a t a r e a d i n g s . A c o u p l e o f w e e k s p r e v i o u s , t w o s t u d e n t s v o l u n t e e r e d , f o r e x t r a c r e d i t , t o s e t u p a w a y t h a t a l l o f t h e s t u d e n t s c o u l d p o s t t h e i r r e s e a r c h r e s u l t s t o t h e w e b . O n e s t u d e n t f o l l o w e d t h r o u g h , m a k i n g i t p o s s i b l e f o r t h e g r o u p s t o s h a r e t h e i r s c i e n t i fi c fi n d i n g s w i t h t h e w o r l d . T h e d a y h e fi n i s h e d fi g u r i n g i t o u t , t h e c l a s s a l l c r o w d e d a r o u n d m y c o m p u t e r t o s e e w h a t h e h a d c o m e u p w i t h . H e w a l k e d t h e o t h e r s t h r o u g h w h a t t h e y w o u l d n e e d t o d o t o p o s t f r o m t h e i r c o m p u t e r a t h o m e . T h e s t u d e n t s w e r e g i v e n a d e a d l i n e o f f o u r d a y s t o p o s t t h e i r f u l l w r i t e - u p f r o m t h e i r c o m p u t e r s a t h o m e . I t h e n g r a d e d t h e w r i t e - u p b y a c c e s s i n g i t o n t h e w e b . I w r o t e d o w n s p e c i fi c t h i n g s t h a t I w a n t e d e a c h g r o u p t o c h a n g e o r i m p r o v e i n t h e i r p o s t i n g a n d g a v e t h e m a t w o - d a y d e a d l i n e t o d o i t . T h e n I r e a d t h e m o v e r a g a i n a n d r e c o r d e d t h e i r fi n a l g r a d e s . 3 1 8 A P P E N D I X V E L E C T R I C I T Y A C T I V I T I E S A P P E N D I X V A B u i l d i n g C i r c u i t s I n g r o u p s o f 2 , u s i n g m a t e r i a l s o f y o u r c h o i c e f r o m t h e c a r t , b u i l d : T e a c h e r ’ s S i g n a t u r e a ) a c i r c u i t t h a t w i l l l i g h t a b u l b b ) a s e r i e s c i r c u i t a n d a p a r a l l e l c i r c u i t t h a t b o t h l i g h t a b u l b c ) a s e r i e s c i r c u i t i n w h i c h fi r s t y o u h a v e o n e b u l b , t h e n y o u a d d a s e c o n d b u l b , a n d fi n a l l y y o u a d d a t h i r d b u l b . D i d y o u s e e a n y d i f f e r e n c e i n b r i g h t n e s s w h e n y o u a d d e d b u l b s ? d ) a p a r a l l e l c i r c u i t i n w h i c h fi r s t y o u h a v e o n e b u l b , t h e n y o u a d d a s e c o n d b u l b , a n d fi n a l l y y o u a d d a t h i r d b u l b . D i d y o u s e e a n y d i f f e r e n c e i n b r i g h t n e s s w h e n y o u a d d e d t h e b u l b s ? e ) D e s i g n y o u r o w n s p e c i a l c i r c u i t . B e c r e a t i v e a n d s h o w o f f ! 3 1 9 T e a c h e r ’ s K e y f o r B u i l d i n g C i r c u i t s I n g r o u p s o f 2 , u s i n g m a t e r i a l s o f y o u r c h o i c e f r o m t h e c a r t , b u i l d : a ) b ) c ) d ) T e a c h e r ’ s S i g n a t u r e a c i r c u i t t h a t w i l l l i g h t a b u l b a s e r i e s c i r c u i t a n d a p a r a l l e l c i r c u i t t h a t b o t h l i g h t a b u l b a s e r i e s c i r c u i t i n w h i c h fi r s t y o u h a v e o n e b u l b , t h e n y o u a d d a s e c o n d b u l b , a n d fi n a l l y y o u a d d a t h i r d b u l b . D i d y o u s e e a n y d i f f e r e n c e i n b r i g h t n e s s w h e n y o u a d d e d b u l b s ? Y e s . T h e b u l b s b e c o m e l e s s b r i g h t a s m o r e b u l b s a r e a d d e d . a p a r a l l e l c i r c u i t i n w h i c h fi r s t y o u h a v e o n e b u l b , t h e n y o u a d d a s e c o n d b u l b , a n d fi n a l l y y o u a d d a t h i r d b u l b . D i d y o u s e e a n y d i f f e r e n c e i n b r i g h t n e s s w h e n y o u a d d e d t h e b u l b s ? N o . D e s i g n y o u r o w n s p e c i a l c i r c u i t . B e c r e a t i v e a n d s h o w o f f ! 3 2 0 A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N B U I L D I N G C I R C U I T S A C T I V I T Y A t h r e e - s h e l f c a r t w a s s t o c k e d w i t h a l l k i n d s o f e l e c t r i c a l e q u i p m e n t i n c l u d i n g : c o a t e d w i r e s , v a r i o u s s i z e s o f b u l b s ( i n c l u d i n g e n o u g h m i n i a t u r e b u l b s f o r e a c h g r o u p t o h a v e a t l e a s t f o u r ) , b u l b r e c e p t a c l e s , s w i t c h e s , b u z z e r s , m i n i m o t o r s , b a t t e r i e s o f v a r i o u s s i z e s a n d v o l t a g e s , c i r c u i t b o a r d s w i t h a c c o m p a n y i n g b o x e s o f w i r e s , w i r e s t r i p p e r s , m a s k i n g t a p e , a n d c a b l e s w i t h a l l i g a t o r c l i p e n d s a n d / o r b a n a n a l e a d e n d s . N o t e t h a t i t t a k e s t h r e e v o l t s t o g e t g o o d b r i g h t l i g h t o u t o f 4 m i n i b u l b s . A n d i f s t u d e n t s i n c l u d e t o o m u c h w i r e i n t h e i r c i r c u i t , t h e r e s i s t a n c e o f t h e w i r e c a n m a k e t h e l i g h t t o o d i m t o s e e . I t ’ s n e c e s s a r y t o h a v e e x t r a m i n i a t u r e b u l b s o n h a n d . S t u d e n t s b u r n b u l b s o u t d u r i n g t h e c o u r s e o f t h e l a b b y d r o p p i n g t h e m a n d b y p a s s i n g t o o m u c h c u r r e n t t h r o u g h t h e m . W e u s u a l l y l o s e a b o u t t h e s a m e n u m b e r o f b u l b s a s t h e r e a r e s t u d e n t s i n t h e c l a s s . I t ’ s a l s o i m p o r t a n t f o r t h e i n s t r u c t o r t o t e s t t h e b a t t e r i e s a n d b u l b s b e f o r e t h e l a b . S t u d e n t s m a y s t r u g g l e a n d g e t f r u s t r a t e d t h i n k i n g t h e y j u s t a r e n ’ t s m a r t e n o u g h t o b u i l d a w o r k i n g c i r c u i t , w h e n t h e y m a y j u s t h a v e f a u l t y e q u i p m e n t . U s e a m u l t i m e t e r t o t e s t t h e b a t t e r i e s . S e t i s o n V f o r v o l t a g e . A A a n d D b a t t e r i e s s h o u l d r e a d c l o s e t o 1 . 5 v o l t s . S o m e o f t h e s t u d e n t s c o m p l a i n e d t h a t t h e y d i d n ’ t h a v e e n o u g h m a t e r i a l s . T h e y w o u l d s e e a n o t h e r g r o u p s c r e w i n g a b u l b i n t o a r e c e p t a c l e a n d t h i n k t h e y h a d t o h a v e r e c e p t a c l e s t o o . I e x p l a i n e d t h a t t h e b u l b s w o r k w i t h o u t r e c e p t a c l e s a n d s t o o d n e a r b y t o c o n t i n u a l l y e n c o u r a g e t h e m a t t h e i r a t t e m p t s t o g e t t h e i r b u l b s t o l i g h t . I fi n a l l y s h o w e d a c o u p l e o f g i r l s w h e r e t h e y n e e d e d t o p l a c e t h e w i r e s o n t h e i r b u l b s . S o m e s t u d e n t s t h o u g h t t h e y w o u l d n ’ t b e a b l e t o g e t t h e i r c i r c u i t t o w o r k w i t h o u t a s w i t c h a n d w e r e a n g r y t h a t t h e r e w e r e n ’ t e n o u g h s w i t c h e s f o r e v e r y o n e . I a s s u r e d t h e m t h a t i t w o u l d w o r k w i t h o u t a s w i t c h a n d t h e y w e n t a h e a d a n d b u i l t a c i r c u i t . I n t r o d u c i n g 3 2 1 a s w i t c h l a t e r i n t o t h e i r c i r c u i t h e l p e d t h e m r e a l i z e t h e t r u e f u n c t i o n , a n d w h y i t i s t h a t y o u d o n ’ t n e e d o n e t o h a v e a c o m p l e t e c i r c u i t . I d e s i g n e d t h i s l a b s e v e r a l y e a r s a g o s o t h i s w a s n o t t h e fi r s t y e a r t o t r y i t o u t . F o r t h e fi r s t y e a r e v e r , t h e r e w e r e n o g r o u p s w h e r e o n e s t u d e n t d i d a l l o f t h e t i n k e r i n g w h i l e t h e o t h e r j u s t w a t c h e d . A l l s t u d e n t s h a d t h e i r h a n d s o n t h e e q u i p m e n t . T h i s l a b t o o k o n e a n d a h a l f c l a s s p e r i o d s t o c o m p l e t e . I w a n t e d t o b e s u r e t h a t e v e n t h e s t u d e n t s w h o f o u n d t h i s t h e m o s t c h a l l e n g i n g , h a d t i m e t o fi n i s h . I h a v e p u z z l e d o v e r o n e o u t c o m e o f t h i s l a b f o r s e v e r a l y e a r s . I t w o u l d b e a g r e a t q u e s t i o n f o r s t u d e n t s t o d o a s a f o l l o w - u p s t u d y . I n a s e r i e s c i r c u i t , t h e b u l b s a r e s u p p o s e d t o g e t l e s s b r i g h t a s y o u a d d m o r e b u l b s . T h e b u l b s i n t h e p a r a l l e l c i r c u i t a r e s u p p o s e d t o a l l e x h i b i t t h e s a m e a m o u n t o f b r i g h t n e s s r e g a r d l e s s o f w h e t h e r t h e r e a r e o n e , t w o o r t h r e e b u l b s i n t h e c i r c u i t . W e o f t e n s e e j u s t t h e o p p o s i t e w h e n w e d o t h i s l a b . I a m w o n d e r i n g i f t h e l e n g t h o f w i r e i s t h e c a u s e . P e r h a p s t h e i n t r o d u c t i o n o f e x t r a w i r e f o r t h e p a r a l l e l p o r t i o n s a d d s e n o u g h r e s i s t a n c e t o c a u s e d i m m i n g i n t h e s e s m a l l b u l b s . 3 2 2 " S N A P P E N D I X V B E l e c t r o l y s i s L a b P u m o s e : T o b u i l d a s y s t e m i n w h i c h e l e c t r o l y s i s c a n b e o b s e r v e d . M a t e r i a l s : 9 - V o l t a l k a l i n e b a t t e r y 1 8 c m o f 1 A ” c l e a r fl e x i b l e p l a s t i c t u b i n g 1 . 5 v o l t a l k a l i n e b a t t e r y S m a l l b e a k e r R i n g s t a n d T a b l e s a l t ( N a C l ) C l a m p M a s k i n g t a p e C o a t e d c o p p e r w i r e D i s t i l l e d w a t e r W i r e c u t t e r / s t r i p p e r L a r g e p a p e r c l i p B a c k g g o u n d : A b a t t e r y h a s p o l e s . E l e c t r o l y s i s h a p p e n s w h e n t h e t w o t e r m i n a l s o f a b a t t e r y a r e b a t h e d i n a s o l u t i o n c o n t a i n i n g a n . A n i o n s a r e a t t r a c t e d t o t h e b e c a u s e i t h a s a c h a r g e . C a t i o n s a r e a t t r a c t e d t o t h e b e c a u s e i t h a s a c h a r g e . I n t h i s l a b w e w i l l u s e f o r t h e e l e c t r o l y t e . T h e p o r t i o n o f t h e s y s t e m w h e r e e l e c t r o l y s i s t a k e s p l a c e i s c a l l e d t h e P r o c e d u r e : 1 . L o o k t h e b a t t e r i e s o v e r a n d d r a w t h e m b e l o w . L a b e l t h e a n o d e a n d t h e c a t h o d e a n d t h e i r c h a r g e s . 2 . A t t a c h t h e c l a m p t o t h e r i n g s t a n d . S e c u r e t h e 9 - v o l t b a t t e r y i n t h e c l a m p . ( S e e fi g u r e 3 ) 3 . C u t 2 w i r e s t h a t a r e a b o u t 2 0 c m l o n g . S t r i p t h e p l a s t i c f r o m b o t h e n d s o f e a c h w r r e . 4 . W r a p t h e e n d o f o n e w i r e s e c u r e l y a r o u n d t h e a n o d e o f t h e 9 - v o l t b a t t e r y a n d o n e e n d o f t h e s e c o n d w i r e a r o u n d t h e c a t h o d e . C o v e r t h o s e e n d s w i t h a p i e c e o f m a s k i n g t a p e t o h o l d t h e m i n p l a c e . 5 . P u t t h e e n d s o f t h e c l e a r t u b i n g t h r o u g h t h e o p p o s i t e e n d o f t h e p a p e r c l i p b e n d i n g t h e t u b i n g i n t o a U s h a p e . ( S e e fi g u r e s 1 a n d 2 ) T h i s i s t h e e l e c t r o l y t i c c e l l . F i l l t h e t u b i n g w i t h d i s t i l l e d w a t e r . E l i m i n a t e a n y a i r b u b b l e s . S t i c k t h e a n o d e w i r e i n t o o n e e n d o f t h e U t u b e a n d t h e c a t h o d e w i r e i n t o t h e o t h e r e n d . 3 2 3 8 . O b s e r v e b o t h w i r e s f o r 2 m i n u t e s a n d r e c o r d o b s e r v a t i o n s i n t h e d a t a s e c t i o n . 9 . W h i l e w a i t i n g t h e 2 m i n u t e s i n s t e p 8 a b o v e , p u t a b o u t 2 5 m l o f d i s t i l l e d w a t e r i n t o t h e b e a k e r . A d d a b o u t ‘ / 2 t s p s a l t . S w i r l t o d i s s o l v e a s m u c h s a l t a s p o s s i b l e . 1 0 . R e p e a t s t e p 6 u s i n g t h e s a l t w a t e r i n p l a c e o f d i s t i l l e d w a t e r . 1 1 . O b s e r v e b o t h w i r e s f o r 5 m i n u t e s r e c o r d i n g o b s e r v a t i o n s i n t h e d a t a s e c t i o n . 1 2 . W h i l e w a i t i n g t h e 5 m i n u t e s i n s t e p 1 1 a b o v e , d r a w t h e e x p e r i m e n t a l s e t - u p b e l o w , l a b e l i n g t h e b a t t e r y , c a t h o d e , a n o d e , e l e c t r o l y t i c c e l l , e l e c t r o l y t i c s o l u t i o n , h y d r o g e n g a s , c h l o r i n e g a s , a n d e l e c t r i c c u r r e n t . D a t a : O b s e r v e d a t A n o d e O b s e r v e d a t C a t h o d e N o S a l t i n t h e C e l l : O t h e r o b s e r v a t i o n s : N a C l i n t h e C e l l : O t h e r o b s e r v a t i o n s T h e o g : 1 . W h a t i s t h e c o m p o s i t i o n o f t h e g a s b u b b l e s a t t h e a n o d e ? W r i t e t h e r e a c t i o n s t h a t l e d t o t h e p r o d u c t i o n o f t h i s s u b s t a n c e . 2 . W h a t w o u l d b e t h e c o m p o s i t i o n o f t h e g a s b u b b l e s y o u e x p e c t e d t o s e e a t t h e c a t h o d e ? W r i t e t h e r e a c t i o n s t h a t l e d t o t h e p r o d u c t i o n o f t h i s s u b s t a n c e . 3 2 4 3 . W h y a r e n ’ t w e s e e i n g b u b b l e s a t t h e c a t h o d e ? ( T a k e a g u e s s . ) 4 . D o e s e l e c t r o l y s i s p r o d u c e e l e c t r i c c u r r e n t , o r d o y o u n e e d t o s u p p l y e l e c t r i c c u r r e n t f o r e l e c t r o l y s i s t o h a p p e n ? 5 . W h e r e d i d t h e c u r r e n t c o m e f r o m ? 6 . W h a t w o u l d h a p p e n i f y o u r e p l a c e d t h e e l e c t r o l y t i c c e l l w i t h a b u l b ? 7 . W h a t w o u l d h a p p e n i f y o u r e p l a c e t h e b a t t e r y w i t h a b u l b ? ( t r y i t ) ( F i g u r e 1 o n S t u d e n t ’ s F i g u r e 9 4 M a t e r i a l s N e e d e d t o C o n s t r u c t U — T u b e C o p y ) 3 2 5 i g u r e 2 o n S t u d e n t ’ s C e p y ) F i g u r e 9 6 E l e c t r o l y s i s A p p a r a t u s ( F i g u r e 3 o n S t u d e n t ’ s C o p y ) 3 2 6 E l e c t r o l y s i s L a b P u r p o s e : T o b u i l d a s y s t e m i n w h i c h e l e c t r o l y s i s c a n b e o b s e r v e d . M a t e r i a l s : 9 - V o l t a l k a l i n e b a t t e r y 1 8 c m o f M . ” c l e a r fl e x i b l e p l a s t i c t u b i n g 1 . 5 v o l t a l k a l i n e b a t t e r y S m a l l b e a k e r R i n g s t a n d T a b l e s a l t ( N a C l ) C l a m p M a s k i n g t a p e C o a t e d c o p p e r w i r e D i s t i l l e d w a t e r W i r e c u t t e r / s t r i p p e r L a r g e p a p e r c l i p B a c k g r o u n d : A b a t t e r y h a s t w o p o l e s . E l e c t r o l y s i s h a p p e n s w h e n t h e t w o t e r m i n a l s o f a b a t t e r y a r e b a t h e d i n a s o l u t i o n c o n t a i n i n g a n e l e c t r o l y t e . A n i o n s a r e a t t r a c t e d t o t h e c a t h o d e b e c a u s e i t h a s a p o s i t i v e c h a r g e . C a t i o n s a r e a t t r a c t e d t o t h e a n o d e b e c a u s e i t h a s a n e g a t i v e c h a r g e . I n t h i s l a b w e w i l l u s e N a C l f o r t h e e l e c t r o l y t e . T h e p o r t i o n o f t h e s y s t e m w h e r e e l e c t r o l y s i s t a k e s p l a c e i s c a l l e d t h e e l e c t r o l y t _ i c c e l l P r o c e d u r e : 1 . L o o k t h e b a t t e r i e s o v e r a n d d r a w t h e m b e l o w . L a b e l t h e a n o d e a n d t h e c a t h o d e a n d t h e i r c h a r g e s . ‘ I V ( - - > M « M e . « m i l e s i d e ' o E l m a “ ; ° M M “ 3 " ‘ R ( M / E l a m “ ; I C I N G 4 0 M C “ ) _ _ _ ) H u T h e , a n o d e . ‘ “ ’ “ ‘ I , . - I t ' N ‘ a ” ‘ C : - , v M N O " N : C C fi O J C F i g u r e 9 7 L a b e l e d D r a w i n g o f B a t t e r i e s ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) 2 . A t t a c h t h e c l a m p t o t h e r i n g s t a n d . S e c u r e t h e 9 - v o l t b a t t e r y i n t h e c l a m p . ( S e e fi g u r e 3 ) 3 . C u t 2 w i r e s t h a t a r e a b o u t 2 0 c m l o n g . S t r i p t h e p l a s t i c f r o m b o t h e n d s o f e a c h w i r e . 3 2 7 4 . W r a p t h e e n d o f o n e w i r e s e c u r e l y a r o u n d t h e a n o d e o f t h e 9 - v o l t b a t t e r y a n d o n e e n d o f t h e s e c o n d w i r e a r o u n d t h e c a t h o d e . C o v e r t h o s e e n d s w i t h a p i e c e o f m a s k i n g t a p e t o h o l d t h e m i n p l a c e . 5 . P u t t h e e n d s o f t h e c l e a r t u b i n g t h r o u g h t h e o p p o s i t e e n d o f t h e p a p e r c l i p b e n d i n g t h e t u b i n g i n t o a U s h a p e . ( S e e fi g u r e s 1 a n d 2 ) T h i s i s t h e e l e c t r o l y t i c c e l l . 6 . F i l l t h e t u b i n g w i t h d i s t i l l e d w a t e r . E l i m i n a t e a n y a i r b u b b l e s . 7 . S t i c k t h e a n o d e w i r e i n t o o n e e n d o f t h e U t u b e a n d t h e c a t h o d e w i r e i n t o t h e o t h e r e n d . 8 . O b s e r v e b o t h w i r e s f o r 2 m i n u t e s a n d r e c o r d o b s e r v a t i o n s i n t h e d a t a s e c t i o n . 9 . W h i l e w a i t i n g t h e 2 m i n u t e s i n s t e p 8 a b o v e , p u t a b o u t 2 5 m l o f d i s t i l l e d w a t e r i n t o t h e b e a k e r . A d d a b o u t ' / 2 t s p s a l t . S w i r l t o d i s s o l v e a s m u c h s a l t a s p o s s i b l e . 1 0 . R e p e a t s t e p 6 u s i n g t h e s a l t w a t e r i n p l a c e o f d i s t i l l e d w a t e r . 1 1 . O b s e r v e b o t h w i r e s f o r 5 m i n u t e s r e c o r d i n g o b s e r v a t i o n s i n t h e d a t a s e c t i o n . 1 2 . W h i l e w a i t i n g t h e 5 m i n u t e s i n s t e p 1 1 a b o v e , d r a w t h e e x p e r i m e n t a l s e t - u p b e l o w , I l a b e l i n g t h e b a t t e r y , c a t h o d e , a n o d e , e l e c t r o l y t i c c e l l , e l e c t r o l y t i c s o l u t i o n , h y d r o g e n g a s , c h l o r i n e g a s , a n d e l e c t r i c c u r r e n t . ( ' 9 n u d e ( « 0 ) « t i l d e , / ° 7 ‘ I V e I c e f fl i t l ' h . ‘ ( a ‘ c e l l « t i l d e t i . 3 8 . » H c l a d - r e l 2 : “ ' i ” . “ ( ’ 3 4 : F i g u r e 9 8 L a b e l e d D r a w i n g o f E x p e r i m e n t a l S e t - U p ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) 3 2 8 D a t a : O b s e r v e d a t A n o d e N o S a l t i n t h e C e l l : t i n y b u b b l e s a f t e r 2 m i n u t e s r i g h t o n t h e w i r e O t h e r o b s e r v a t i o n s : N a C l i n t h e C e l l : l o t s o f b u b b l e s c o a t i n g t h e w i r e . L o t s o f s m a l l b u b b l e s b e i n g p r o d u c e d a t t h e w i r e a n d r i s i n g t o t h e t o p o f t h e s o l u t i o n . O b s e r v e d a t C a t h o d e t i n y b u b b l e s a f t e r 2 m i n u t e s r i g h t o n t h e w i r e A f e w b u b b l e s o n t h e w i r e . C a n ’ t s e e t h e m b e i n g p r o d u c e d . N o n e r i s e . O t h e r o b s e r v a t i o n s : I f t h e a n o d e a n d c a t h o d e a r e a c c i d e n t a l l y m i x e d u p o n a s e c o n d t r i a l , a y e l l o w / b r o w n s u b s t a n c e i s p r o d u c e d i n l a r g e q u a n t i t i e s . T h e o g : 1 . W h a t i s t h e c o m p o s i t i o n o f t h e g a s b u b b l e s a t t h e a n o d e ? H 2 g a s W r i t e t h e r e a c t i o n s t h a t l e d t o t h e p r o d u c t i o n o f t h i s s u b s t a n c e . \ N a + + e ‘ - t N a N a + + e ' - > N a _ . 2 N a O H + H 2 H O B - s n + o r r > i r o n » H + O H _ _ / 2 . W h a t w o u l d b e t h e c o m p o s i t i o n o f t h e g a s b u b b l e s y o u e x p e c t e d t o s e e a t t h e c a t h o d e ? C 1 2 W r i t e t h e r e a c t i o n s t h a t l e d t o t h e p r o d u c t i o n o f t h i s s u b s t a n c e . \ C l ' - > e ' + C l > + C l 2 + 2 e ’ C l ' — > e ' + C l 3 . W h y a r e n ’ t w e s e e i n g b u b b l e s a t t h e c a t h o d e ? ( T a k e a g u e s s . ) P r o b a b l y b e c a u s e c h l o r i n e g a s i s v e r y s o l u b l e i n w a t e r s o i t d i s s o l v e s r i g h t a w a y . I f i t b u i l d s t o a h i g h e n o u g h c o n c e n t r a t i o n , t h e w a t e r c o u l d t u r n s l i g h t l y y e l l o w a n d c o u l d b l e a c h l i t m u s w h i t e . W e d i d n o t o b s e r v e t h i s . 3 2 9 . D o e s e l e c t r o l y s i s p r o d u c e e l e c t r i c c u r r e n t , o r d o y o u n e e d t o s u p p l y e l e c t r i c c u r r e n t f o r e l e c t r o l y s i s t o h a p p e n ? Y o u h a v e t o s u p p l y e l e c t r i c c u r r e n t t o g e t t h e n o n - s p o n t a n e o u s p r o c e s s o f e l e c t r o l y s i s t o h a p p e n . . W h e r e d i d t h e c u r r e n t c o m e f r o m ? F r o m c h e m i c a l r e a c t i o n s i n t h e b a t t e r y . . W h a t w o u l d h a p p e n i f y o u r e p l a c e d t h e e l e c t r o l y t i c c e l l w i t h a b u l b ? C u r r e n t w o u l d fl o w s o t h e b u l b w o u l d l i g h t u p . . W h a t w o u l d h a p p e n i f y o u r e p l a c e t h e b a t t e r y w i t h a b u l b ? ( t r y i t ) N 0 c u r r e n t fl o w s s o t h e b u l b d o e s n o t l i g h t . 3 3 0 A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N T H E E L E C T R O L Y S I S L A B W e b e g a n t h e l e s s o n w i t h t h e s t u d e n t s t h i n k i n g o f d i f f e r e n t w a y s t h a t e l e c t r i c i t y c a n b e m a d e . S e v e r a l s t u d e n t s m e n t i o n e d t h a t g e n e r a t o r s c h a n g e m e c h a n i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y . W i t h p r o d d i n g , s t u d e n t s n a m e d w i n d t u r b i n e s a n d w a t e r t u r b i n e s a s t y p e s o f g e n e r a t o r s . I a s k e d , “ W h a t d e v i c e o p e r a t e s b a c k w a r d s o f a g e n e r a t o r . ” N o o n e k n e w t h a t a m o t o r c h a n g e s e l e c t r i c a l e n e r g y t o m e c h a n i c a l . M o s t s t u d e n t s d i d k n o w t h a t a b a t t e r y c h a n g e s c h e m i c a l e n e r g y t o e l e c t r i c a l , b u t d i d n o t k n o w t h a t e l e c t r o l y s i s w a s t h e o p p o s i t e t r a n s f o r m a t i o n . A n d s i n c e e l e c t r o l y s i s w a s t h e t o p i c o f t h i s l a b , t h e s t u d e n t s w e r e l e a r n i n g s o m e t h i n g t o t a l l y n e w . N o n e o f t h e s t u d e n t s k n e w t h e t e r m f o r t h e d e v i c e t h a t t r a n s f o r m s l i g h t e n e r g y t o e l e c t r i c a l e n e r g y : p h o t o v o l t a i c c e l l . T h e o n l y t e r m t h e y w e r e f a m i l i a r w i t h w a s s o l a r p o w e r . A s u s u a l , s t u d e n t s r e a l l y e n j o y e d t h e h a n d s - o n a s p e c t o f t h e l a b a n d w e r e v e r y f o c u s e d a n d a b s o r b e d . A s I l o o k e d a r o u n d t h e r o o m a f t e r t h e s t u d e n t s h a d t h e i r e q u i p m e n t s e t u p , I s a w a c l a s s fi i l l o f n o s e s i n c h e s f r o m t h e U - t u b e s w i t h e y e s fi x a t e d u p o n t h e w i r e t e r m i n a l s . S o m e s t u d e n t s d i d h a v e t r o u b l e e l i m i n a t i n g b u b b l e s f r o m t h e i r U - t u b e s a s t h e y a t t e m p t e d t o fi l l t h e m w i t h d i s t i l l e d w a t e r o r e l e c t r o l y t e . D e l i v e r i n g a q u i c k , fi r m fl i c k o f t h e fi n g e r t o t h e U - t u b e a t i m e o r t w o s e e m s t h e b e s t w a y t o g e t r i d o f t h e t r a p p e d a i r . S o m e s t u d e n t s a l s o h a d l u c k h o l d i n g t h e t u b e a t a 4 5 d e g r e e a n g l e w h e n fi l l i n g . N o o n e n o t i c e d t h e t i n y b u b b l e s o n b o t h e l e c t r o d e s w h e n t h e U - t u b e c o n t a i n e d o n l y d i s t i l l e d w a t e r . P e r h a p s i t w o u l d b e a g o o d i d e a t o s u p p l y m a g n i f y i n g g l a s s e s s o t h a t t h e s t u d e n t s r e a l i z e t h a t w e m a y b e l o o k i n g f o r b u b b l e s t h a t a r e r e a l l y t i n y . 3 3 1 T h e b u b b l e s p r o d u c e d w h e n u s i n g t h e N a C l e l e c t r o l y t e a r e e a s i l y o b s e r v e d . U n f o r t u n a t e l y , f o u r o u t o f t h e fi v e g r o u p s h a d t o r e a l l y r u s h t o s e e t h e r e s u l t s w i t h e l e c t r o l y t e . C o n s e q u e n t l y , t h e y w e r e u n a b l e t o s e e i f t h e i r c o n c e n t r a t i o n s o f C 1 2 b e c a m e h i g h e n o u g h t o t u r n t h e w a t e r y e l l o w o r b l e a c h l i t m u s p a p e r . T h e r e w a s a l s o n o t i m e t o t r y s w i t c h i n g t h e e l e c t r o d e s a n d h y p o t h e s i z i n g a b o u t t h e i d e n t i t y o f t h e y e l l o w / b r o w n s u b s t a n c e t h a t w o u l d h a v e b e e n p r o d u c e d . 3 3 2 A P P E N D I X V C C A R B A T T E R Y D E M O N S T R A T I O N T e a c h e r I n s t r u c t i o n s f o r t h e C a r B a t t e r y D e m o T e s t i n g S p e c i fi c G r a v i t y a n d V o l t a g e E q u i p m e n t t o G a t h e r S p a r e c a r b a t t e r y ( f o r l i f t i n g ) B a t t e r y i n c a r ( N O T m a i n t e n a n c e - fl e e . Y o u n e e d t o b e a b l e t o p r y c a p s o f f c e l l s . ) H y g r o m e t e r ( m a d e e s p e c i a l l y f o r t e s t i n g c a r b a t t e r i e s ) V o l t r n e t e r S c r e w d r i v e r f o r r e m o v i n g c a p s S a f e t y g o g g l e s f o r a l l S t u d e n t q u e s t i o n s h e e t s C l i p b o a r d s f o r a l l ( o p t i o n a l ) K l e e n e x ( a n d b a k i n g s o d a , w a t e r a n d t o o t h b r u s h i f l o t s o f c o r r o s i o n ) P r e p W o r k 1 . B o r r o w h y g r o m e t e r . 2 . L o a d s p a r e b a t t e r y i n t o c a r . 3 . D r i v e c a r t o s c h o o l s o b a t t e r y i s fi l l l y c h a r g e d . A c t u a l D e m o n s t r a t i o n 1 . D i s t r i b u t e g o g g l e s , q u e s t i o n s h e e t a n d c l i p b o a r d t o e a c h s t u d e n t . 2 . C l a s s w a l k s t o l o c a t i o n o f t e a c h e r ’ s c a r i n p a r k i n g l o t . 9 0 > ! . T e a c h e r i m m e d i a t e l y t u r n s h e a d l i g h t s o n ( h i g h b e a m ) . T h e y n e e d t o b e l e f t o n f o r 6 m i n u t e s t o g e t r i d o f a n y d a n g e r o u s s u r f a c e c h a r g e . S t u d e n t s t r y l i f t i n g t h e s p a r e b a t t e r y . S t u d e n t s fi l l i n q u e s t i o n 1 a n d d o d r a w i n g s u n d e r n u m b e r s 2 a n d 3 . S a f e t y T a l k : - e y e p r o t e c t i o n - r e m o v e s u r f a c e c h a r g e - t a k e j e w e l r y o f f R e a s o n s : - t h e h y d r o g e n g a s g e n e r a t e d fi ' o m t h e s u l f u r i c a c i d i s e x p l o s i v e - t h e e l e c t r o l y t e ( a q u e o u s s u l f u r i c a c i d ) i s 3 5 % H 2 8 0 4 , s o i f t h e b a t t e r y b l o w s u p y o u g e t s h o w e r e d w i t h H 2 S O 4 . - 1 0 0 a m p s o f c u r r e n t r u n t h r o u g h t h e c a r ’ s e l e c t r i c s y s t e m S t u d e n t s fi l l i n 4 a , b , 5 , 6 o n q u e s t i o n s h e e t . S e v e n s t u d e n t v o l u n t e e r s t a k e o f f j e w e l r y a n d p u t i n t h e i r p o c k e t o r g i v e t o a f r i e n d . O n e v o l u n t e e r u s e t h e m e t e r t o t a k e t h e v o l t a g e r e a d i n g . I f i t i s a m u l t i m e t e r , t u r n t h e d i a l t o D C V , 2 0 . T h e s t u d e n t p l a c e s t h e r e d e l e c t r o d e a g a i n s t t h e p o s i t i v e ( r e d ) p o s t o n t h e b a t t e r y a n d t h e b l a c k e l e c t r o d e a g a i n s t t h e n e g a t i v e ( g r o u n d , b l a c k ) p o s t . ( S e e p h o t o s 1 a n d 2 ) . 1 0 . S t u d e n t s fi l l i n q u e s t i o n 7 . 3 3 3 l 1 . C l e a n o f f b a t t e r y t o p w i t h a K l e e n e x s o n o d i r t , e t c w i l l f a l l i n t o t h e c e l l s w h e n t h e c a p s a r e r e m o v e d . I f t h e r e i s a l o t o f c o r r o s i o n i t c a n b e c l e a n e d o f f w i t h b a k i n g s o d a , w a t e r a n d a t o o t h b r u s h . 1 2 . P r y t h e t o p s o f f t h e c e l l s w i t h a s c r e w d r i v e r . ( S e e p h o t o s 3 a n d 4 ) . 1 3 . S i x v o l u n t e e r s e a c h u s e t h e h y g r o m e t e r t o m e a s u r e t h e s p e c i fi c g r a v i t y o f o n e o f t h e s i x c e l l s . I t o p e r a t e s l i k e a t u r k e y b a s t e r . I n s e r t i n t o t h e c e l l w i t h b u l b e n d u p . S u c k u p t h e e l e c t r o l y t e b y s q u e e z i n g t h e b u l b a n d t h e n r e l e a s i n g . L i q u i d w i l l c o m e u p i n t o t h e n e c k o f t h e b a s t e r . T h e y h y g r o m e t e r i n s i d e w i l l fl o a t i n t h a t fl u i d . ( S e e p h o t o s 5 a n d 6 ) . 1 4 . S t u d e n t s fi l l i n n u m b e r 8 o n q u e s t i o n s h e e t . S e e t a b l e o n l a s t p a g e f o r i n f o . 1 5 . D i s c u s s i o n : H o w w o u l d t h e b a t t e r i e s i n e l e c t r i c h y b r i d s b e d i f f e r e n t t h a n t h i s b a t t e r y ? H o w w o u l d t h e y b e s i m i l a r ? S t u d e n t s w r i t e t h e i r i d e a s u n d e r n u m b e r s 1 0 a n d 1 1 o n a n s w e r s h e e t . 1 6 . E v e r y o n e p u t t h e i r j e w e l r y b a c k o n . . P h o t o 1 o n o r i g i n a l d o c u m e n t ) F i g u r e 9 9 T e s t i n g V o l t a g e o n a C a r B a t t e r y 3 3 4 ' h o t o 2 o n o r i g i n a l d o c u m e n t ) P h o t o 3 o n o r i g i n a l d o c u m e n t ) i ' ~ . ‘ P h o t o 4 o n o r i g i n a l d o c u m e n t ) F i g u r e 1 0 2 T h e B a t t e r y C e l l s A r e N o w A c c e s s i b l e 3 3 5 P h o t o 5 o n o r i g i n a l d o c u m e n t ) P h o t o 6 o n o r i g i n a l d o c u m e n t ) F i g u r e 1 0 4 R e a d i n g S p e c i fi c G r a v i t y V a l u e P e r c e n t C h a r g e V s . S p e c i fi c G r a v i t y a n d V o l t a g e % C h a r g e d S p e c i fi c G r a v i t y V o l t a g e 1 0 0 % 1 . 2 6 5 1 2 . 7 V 7 5 % 1 . 2 2 5 1 2 . 4 V 5 0 % 1 . 1 9 0 1 2 . 2 V 2 5 % 1 . 1 5 5 1 2 . 0 V D i s c h a r g e d 1 . 1 2 0 1 1 . 9 V 3 3 6 C a r B a t t e r y D e m o Q u e s t i o n s 1 . W h y a r e c a r b a t t e r i e s s o h e a v y ? 2 . M a k e a l a b e l e d d r a w i n g o f a w h o l e c a r b a t t e r y . 3 . M a k e a l a b e l e d d r a w i n g o f a s i n g l e c e l l i n a c a r b a t t e r y . 4 . a ) W r i t e t h e r e a c t i o n f o r H 2 S O 4 d i s s o l v i n g i n w a t e r . b ) W h a t i s d a n g e r o u s a b o u t t h i s p r o c e s s ? 5 . W r i t e t h e r e a c t i o n t h a t t a k e s p l a c e a t t h e a n o d e ( + ) w h i l e t h e h e a d l i g h t s a r e o n ( w h i c h m e a n s t h e b a t t e r y i s d i s c h a r g i n g ) . 3 3 7 6 . A t w h i c h t e r m i n a l a r e t h e e l e c t r o n s t h a t m a k e u p t h e e l e c t r i c c u r r e n t p r o d u c e d ? 7 . V o l t a g e r e a d i n g A c c o r d i n g t o t h e v o l t a g e r e a d i n g t h e b a t t e r y i s % c h a r g e d . P e r c e n t C h a r g e V s . S p e c i f i c G r a v i t y a n d V o l t a g e % C h a r g e d S p e c i fi c G r a v i t y V o l t a g e 1 0 0 % 1 . 2 6 5 1 2 . 7 V 7 5 % 1 . 2 2 5 1 2 . 4 V 5 0 % 1 . 1 9 0 1 2 . 2 V 2 5 % 1 . 1 5 5 1 2 . 0 V D i s c h a r g e d 1 . 1 2 0 1 1 . 9 V 8 . S p e c i fi c g r a v i t y r e a d i n g s : @ R e a d i n g % C h a r g e d 1 2 3 4 5 6 9 . a ) T o o l i t t l e H 2 S O 4 w o u l d g i v e a h i g h / l o w s p e c i fi c g r a v i t y r e a d i n g . b ) T o o l i t t l e H 2 S O 4 r e s u l t s i n f e w e r / m o r e e l e c t r o n s p r o d u c e d . c ) A m o u n t o f H 2 S O 4 i n o u r b a t t e r y i s h i g h / l o w / j u s t r i g h t . ( 1 ) S p e c i fi c g r a v i t y r e a d i n g s s h o u l d n o t v a r y b y m o r e t h a n 0 . 0 5 b e t w e e n c e l l s . B y h o w m u c h d i d o u r r e a d i n g s v a r y ? 1 0 . H o w w o u l d t h e b a t t e r y i n a n e l e c t r i c h y b r i d b e d i f f e r e n t t h a n t h i s b a t t e r y ? 1 1 . H o w w o u l d t h e b a t t e r y i n a h y b r i d b e s i m i l a r t o t h i s l e a d - a c i d b a t t e r ? 3 3 8 T e a c h e r ’ s K e y t o t h e C a r B a t t e r y D e m o Q u e s t i o n s 1 . W h y a r e c a r b a t t e r i e s s o h e a v y ? T h e y c o n t a i n m a n y p l a t e s m a d e o f l e a d a n d l e a d o x i d e . 2 . M a k e a l a b e l e d d r a w i n g o f a w h o l e c a r b a t t e r y . \ | ‘ 0 0 0 ( ‘ 5 v . « M ‘ C 7 " : 9 9 “ ‘ v a c o » w e . \ 4 , , " a “ s t i l e : a n d l a " 2 3 . - N e e e l u d e s F i g u r e 1 0 5 L a b e l e d D r a w i n g o f a C a r B a t t e r y ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) 3 3 9 O i n i e e i e P e s y ; s a " c n N i d i c P b T a W 0 e ‘ , a g s - H u e a . b P s O ( d - N r 3 . M a k e a l a b e l e d d r a w i n g o f a s i n g l e c e l l i n a c a r b a t t e r y . F i g u r e 1 0 6 L a b e l e d D r a w i n g o f a S i n g l e C a r B a t t e r y C e l l ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) 4 . a ) W r i t e t h e r e a c t i o n f o r H 2 S O 4 d i s s o l v i n g i n w a t e r . + 2 - s t O 4 ( a n ) - ’ 2 H ( 3 ‘ 1 ) ‘ 1 ' 8 0 4 ( 3 ‘ 1 ) b ) W h a t i s d a n g e r o u s a b o u t t h i s p r o c e s s ? S o m e H + c o m b i n e s w i t h e l e c t r o n s t o m a k e H 2 g a s w h i c h i s e x p l o s i v e . 6 . W r i t e t h e r e a c t i o n t h a t t a k e s p l a c e a t t h e a n o d e ( + ) w h i l e t h e h e a d l i g h t s a r e o n ( w h i c h m e a n s t h e b a t t e r y i s d i s c h a r g i n g ) . P b + + s o 4 2 ' - > P b S O 4 + 2 e ' T h e $ 0 . , i s o x i d i z e d : - 2 c h a r g e - > 0 c h a r g e 3 4 0 7 . A t w h i c h t e r m i n a l a r e t h e e l e c t r o n s t h a t m a k e u p t h e e l e c t r i c c u r r e n t p r o d u c e d ? T h e a n o d e . 8 . V o l t a g e r e a d i n g 1 2 . 6 6 V A c c o r d i n g t o t h e v o l t a g e r e a d i n g t h e b a t t e r y i s a l m o s t 1 0 0 % c h a r g e d . * * * V a l u e s s h o w n h e r e a r e f r o m m y o w n b a t t e r y . T h e y c a n b e u s e d i f y o u r c l a s s d o e s n o t h a v e a c c e s s t o a r e a l c a r b a t t e r y . P e r c e n t C h a r g e V s . S p e c i fi c G r a v i t y a n d V o l t a g e % C h a r g e d S p e c i fi c G r a v i t y V o l t a g e 1 0 0 % 1 . 2 6 5 1 2 . 7 V 7 5 % 1 . 2 2 5 1 2 . 4 V 5 0 % 1 . 1 9 0 1 2 . 2 V 2 5 % 1 . 1 5 5 1 2 . 0 V D i s c h a r g e d 1 . 1 2 0 1 1 . 9 V 9 . S p e c i fi c g r a v i t y r e a d i n g s : * * * g a l l R e a d i n g % C h a r g e d 1 1 . 2 6 3 a l m o s t 1 0 0 2 1 . 2 6 2 a l m o s t 1 0 0 3 1 . 2 1 4 a l m o s t 7 0 * * * T h i s d a t a c a m e f r o m m y 4 1 . 2 6 2 a l m o s t 1 0 0 o w n c a r b a t t e r y 5 1 . 2 6 3 a l m o s t 1 0 0 6 1 . 2 6 3 a l m o s t 1 0 0 1 0 . a ) T o o l i t t l e H 2 S O 4 w o u l d g i v e a h i g h / l o w s p e c i fi c g r a v i t y r e a d i n g . b ) T o o l i t t l e H 2 S O 4 r e s u l t s i n f e w e r / m o r e e l e c t r o n s p r o d u c e d . c ) A m o u n t o f H 2 S O 4 i n o u r b a t t e r y i s h i g h / l o w / j u s t r i g h t . ( 1 ) S p e c i fi c g r a v i t y r e a d i n g s s h o u l d n o t v a r y b y m o r e t h a n 0 . 0 5 b e t w e e n c e l l s . B y h o w m u c h d i d o u r r e a d i n g s v a r y ? . 0 0 1 f o r m o s r , . 0 4 9 f o r o u e * * * 1 0 . H o w w o u l d t h e b a t t e r y i n a n e l e c t r i c h y b r i d b e d i f f e r e n t t h a n t h i s b a t t e r y ? 1 . I t n e e d s t o s t o r e a l o t m o r e c h a r g e f o r i t s s i z e . ( I t h a s t o m o v e t h e h e a v y c a r d o w n t h e r o a d a n d p o w e r t h e a c c e s s o r i e s l i k e h e a d l i g h t s , s t a r t e r a n d a i r c o n d i t i o n e r . 2 . I t c a n b e r e c h a r g e d v i a b r a k i n g o r b y p l u g g i n g i n t o t h e w a l l a s w e l l a s f r o m e n e r g y g e n e r a t e d b y t h e e n g i n e . 3 . T h e v o l t a g e i s h i g h e r . 1 1 . H o w w o u l d t h e b a t t e r y i n a h y b r i d b e s i m i l a r t o t h i s l e a d - a c i d b a t t e r y ? B o t h t y p e s g e t c h a r g e d a s t h e c a r d r i v e s d o w n t h e r o a d ( b y e n e r g y g e n e r a t e d b y t h e g a s e n g i n e ) . 3 4 1 A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N T H E C A R B A T T E R Y D E M O M y c a r w a s h i t b y a d e e r j u s t p r i o r t o t h i s a n d c o u l d n ’ t b e d r i v e n . S o I h a d t o u s e t h e c a r b a t t e r y t h a t w e h a d i n c l a s s . I t i s a d e m o n s t r a t i o n m o d e l w i t h p a r t o f t h e o u t e r c a s e c u t a w a y s o t h a t t h e i n n a r d s c a n b e v i e w e d . I t c o n t a i n s n o e l e c t r o l y t e o f c o u r s e , a n d s o i s n o t f u n c t i o n a l . I u s e d t h e d i g i t a l p r o j e c t o r t o d i s p l a y t h e p h o t o s o f m e a c t u a l l y t e s t i n g t h e r e a l b a t t e r y i n m y c a r . S t u d e n t s u s e d t h e d a t a I h a d c o l l e c t e d f r o m m y b a t t e r y w h e n t h e p h o t o s w e r e t a k e n . T h i s a l l o w e d t h e m t o c o m p l e t e t h e r e s t o f t h e q u e s t i o n s . I h a v e i n c l u d e d t h a t d a t a i n t h e t e a c h e r ’ s k e y i n c a s e t h e r e i s n o t a w o r k i n g b a t t e r y a v a i l a b l e f o r o t h e r s w h o w o u l d l i k e t o d o t h i s e x e r c i s e . M o s t s t u d e n t s w e r e v e r y i n t e r e s t e d a n d a n s w e r e d m a n y q u e s t i o n s t h a t I t h r e w o u t t o t h e m . “ W h i c h a c i d i s t h e a c i d i n a l e a d - a c i d b a t t e r y . ” T h e y s h o u t e d o u t g u e s s e s w i t h o u t w o r r y i n g a b o u t b e i n g w r o n g . S o m e s t u d e n t s w e r e i n t e r e s t e d a n d f o l l o w e d a l o n g s o c l o s e l y t h a t w h e n I w r o t e t h e h a l f - r e a c t i o n s o f h y b r i d c a r b a t t e r i e s o n t h e b o a r d a f t e r w a r d s , t h e y c a u g h t a m i s t a k e I m a d e . O n e o f t h e m r e a c t i o n s w a s n ’ t b a l a n c e d . S e v e r a l s t u d e n t s w e r e e x c i t e d e n o u g h t h a t t h e y p l a n n e d t o c h e c k t h e i r o w n c a r ’ s b a t t e r y t o s e e i f i t i s t h e t y p e s w h o s e c a p s c a n b e r e m o v e d . 3 4 2 A P P E N D I X V D G a l v a n i c B a t t e r y L a b T h e V o l t a i c P i l e A d a p t e d f r o m t h e c o m m o n l y k n o w n l a b b y t h e s a m e n a m e . P u r p o s e : T o b u i l d a s i m p l e g a l v a n i c b a t t e r y a n d m e a s u r e v o l t a g e s p r o d u c e d w h e n p a r a m e t e r s a r e v a r i e d . M a t e r i a l s : 5 p e n n i e s M u l t i m e t e r ( o r v o l t m e t e r ) 5 n i c k e l s T a b l e s a l t P a p e r t o w e l s 1 0 0 - m l g r a d u a t e d c y l i n d e r D i s t i l l e d w a t e r 1 0 — o r 2 5 - m l g r a d u a t e d c y l i n d e r S t i r r i n g r o d 6 0 0 - m l b e a k e r 9 - V o l t b a t t e r y P r o c e d u r e : 1 . 2 . 3 . D i s s o l v e 6 m l o f t a b l e s a l t i n 1 0 0 m l o f d i s t i l l e d w a t e r i n t h e 6 0 0 - m l b e a k e r . S t i r t o h e l p i t d i s s o l v e . F o l d a p a p e r t o w e l u p s o t h a t i t fi t s i n t o t h e b o t t o m o f t h e 6 0 0 - m l b e a k e r . I t s h o u l d b e a t l e a s t 4 l a y e r s t h i c k a f t e r f o l d i n g . S o a k t h e t o w e l i n t h e s a l t w a t e r f o r a t l e a s t 5 m i n u t e s . A n s w e r p r e - l a b q u e s t i o n s o n t h e b a c k w h i l e w a i t i n g . . T e a r 5 p i e c e s ( fi l l l 4 - l a y e r t h i c k n e s s e s ) o f f t h e s o a k e d p a p e r t o w e l . T h e s i z e o f e a c h p i e c e s h o u l d b e a l i t t l e s m a l l e r t h a n t h e d i a m e t e r o f a p e n n y . . B u i l d 5 s e p a r a t e c e l l s , e a c h c o n s i s t i n g o f a n i c k e l a n d a p e n n y w i t h t h e p i e c e o f i h o t o . l a y e r e d t o m o a e r t o w e l b e t w e e n . ( S e e F i g u r e 1 0 7 F i v e G a l v a n i c C e l l s . U s i n g t h e m u l t i m e t e r ( w i t h t h e d i a l s e t a t D C V 2 0 0 0 m ) m e a s u r e t h e p o t e n t i a l d i f f e r e n c e ( v o l t a g e ) o n e a c h c e l l . D o i t b y p l a c i n g o n e o f t h e m e t e r l e a d s o n t h e p e n n y a n d t h e o t h e r o n t h e n i c k e l . R e c o r d r e a d i n g s b e l o w . 3 4 3 7 . 8 . 9 . W h a t h a p p e n s w h e n y o u s w i t c h w h i c h l e a d y o u a r e p u t t i n g o n w h i c h c o i n ? T h i n k i n g o f w h e n y o u p u t t h e m e t e r ’ s l e a d s o n t h e t e r m i n a l s o f t h e 9 - v o l t b a t t e r y t o g e t a p o s i t i v e r e a d i n g ( r e d w a s o n t h e p o s i t i v e t e r m i n a l a n d b l a c k w a s o n t h e n e g a t i v e o n e ) w h i c h c o i n i s t h e P o s i t i v e t e r m i n a l ? N e g a t i v e t e r m i n a l ? I n c o n v e n t i o n a l c u r r e n t , e l e c t r i c i a n s t h i n k o f e l e c t r i c i t y a s p o s i t i v e c h a r g e s fl o w i n g o u t o f t h e p o s i t i v e t e r m i n a l g o i n g t o w a r d t h e t e r m i n a l . W e k n o w t h a t e l e c t r o n s a r e n e g a t i v e a n d t h a t fl o w i n g e l e c t r o n s a r e w h a t e l e c t r i c c u r r e n t i s . S o a s p h y s i c i s t s , w e t h i n k o f c u r r e n t a s e l e c t r o n s fl o w i n g o u t o f t h e n e g a t i v e t e r m i n a l a n d i n t o t h e t e r m i n a l . ( A n d i t m a k e s s e n s e t h a t a n e g a t i v e e l e c t r o n w o u l d b e a t t r a c t e d t o a p o s i t i v e t e r m i n a l . ) K e e p i n g a l l o f t h i s i n m i n d , w h i c h c o i n a r e e l e c t r o n s fl o w i n g o u t o f ? 1 0 . L a b e l w h i c h c o i n i s t h e n i c k e l a n d w h i c h i s t h e p e n n y o n p r e - l a b q u e s t i o n 3 1 1 . P u t t h e 5 c e l l s i n a s t a c k o n e o n t o p o f t h e o t h e r , b e i n g s u r e t h e s a m e c o i n t y p e i s o n t h e b o t t o m h a l f o f e a c h c e l l . C h e c k t h e v o l t a g e b y p l a c i n g o n e l e a d o n t h e b o t t o m c o i n o f t h e p i l e a n d t h e o t h e r l e a d o n t h e v e r y t o p c o i n o f t h e p i l e . V o l t a g e o f v o l t a i c p i l e : L o o k i n g a t t h i s v o l t a g e ( c o m p a r e d t o v o l t a g e s o f t h e i n d i v i d u a l c e l l s ) a n d t h e w a y t h e c e l l s a r e a r r a n g e d , w o u l d y o u s a y t h a t t h e c e l l s a r e i n s e r i e s o r p a r a l l e l ? E x p l a i n . 1 2 . C r e a t e a p a r a l l e l c i r c u i t b y p l a c i n g t h e i n d i v i d u a l c e l l s o n a t r i p l e t h i c k n e s s o f ” 3 8 1 ' t o w e l t h a t h a s b e e n s o a k e d i n s a l t w a t e r . ( S e e o h o t o . ) F i g u r e 1 0 8 P a r a l l e l C i r c u i t 1 3 . N o w t h e e l e c t r o n s h a v e m o r e t h a n o n e p o s s i b l e p a t h t o f o l l o w . U s e t h e m u l t i m e t e r t o m e a s u r e p o t e n t i a l d i f f e r e n c e s a t v a r i o u s p o i n t s i n t h e c i r c u i t . D o a n y o f t h e m e a s u r e m e n t s m a t c h t h e r e a d i n g f o r t h e s e r i e s c i r c u i t ? E x p l a i n w h y o r w h y n o t . 3 4 4 P r e - L a b Q u e s t i o n s : 1 . T u r n t h e d i a l o n t h e m u l t i m e t e r t o D C V 2 0 . P u t t h e l e a d s o n t h e t e r m i n a l s ( p o l e s ) o f t h e 9 - V o l t b a t t e r y . Y o u c a n o n l y g e t a p o s i t i v e r e a d i n g w h e n t h e l e a d i s o n t h e t e r m i n a l a n d t h e l e a d i s o n t h e t e r m i n a l . D r a w a l a b e l e d d i a g r a m o f t h e c e l l y o u w i l l b e b u i l d i n g o u t o f a n i c k e l a p e n n y a n d a p i e c e o f p a p e r t o w e l s o a k e d i n s a l t w a t e r . L a b e l t h e e l e c t r o l y t e a l s o . W e w i l l t o u c h o n e e l e c t r o d e t o t h e c o i n o n t o p a n d t h e o t h e r e l e c t r o d e t o t h e c o i n o n t h e b o t t o m . W h e n w e d o t h i s t h e c o i n c e l l w i l l b e d i s c h a r g i n g . E l e c t r o n s w i l l fl o w f r o m o n e c o i n i n t o t h e m e t e r , t h r o u g h t h e m e t e r , i n t o t h e o t h e r c o i n , t h r o u g h t h e e l e c t r o l y t e i n t h e p a p e r t o w e l a n d b a c k t o t h e o r i g i n a l c o i n . B u t r i g h t n o w w e d o n ’ t k n o w w h i c h c o i n i s t h e a n o d e a n d w h i c h i s t h e c a t h o d e . W h i l e d i s c h a r g i n g , T h e i s t h e t e r m i n a l e l e c t r o n s f r o m w h i c h e l e c t r o n fl o w o u t o f t h e b a t t e r y a n d t h e i s t h e t e r m i n a l f r o m w h i c h t h e e l e c t r o n s w i l l fl o w i n t o t h e b a t t e r y . ( F i l l i n t h e b l a n k s w i t h a n o d e o r c a t h o d e . ) D r a w t h e c o i n c e l l a g a i n b e l o w w i t h t h e m e t e r h o o k e d u p t o i t . S h o w e l e c t r o n fl o w u s i n g a r r o w s . D o n o t l a b e l w h i c h c o i n i s t h e n i c k e l o r p e n n y y e t , a s w e y e t k n o w w h i c h o n e t h e e l e c t r o n s w i l l b e fl o w i n g o u t o f . 3 4 5 P o s t L a b Q u e s t i o n s a n d A c t i v i t i e s : 1 . W h a t c o u l d b e p o s s i b l e r e a s o n s f o r t h e 5 i n d i v i d u a l c e l l s h a v i n g d i f f e r e n t v o l t a g e s ? 2 . T h i n k o f s o m e t h i n g t h a t y o u c o u l d c h a n g e i n t h e p r o c e d u r e o r s e t u p . D e s c r i b e y o u r c h a n g e b e l o w , t e s t t h e c o n s e q u e n c e s o f t h e c h a n g e w i t h t h e m e t e r a n d r e c o r d b e l o w . W r i t e a p o s s i b l e e x p l a n a t i o n f o r t h e r e s u l t s o b t a i n e d . 3 . W h a t k i n d s o f t h i n g s w o u l d y o u a l t e r a n d t e s t i f y o u w e r e t r y i n g t o e n g i n e e r a b a t t e r y t h a t p r o d u c e d h i g h e n o u g h v o l t a g e s t o p o w e r a h y b r i d o r p l u g - i n c a r ? 4 . T h e $ 5 0 0 q u e s t i o n i s . . . . . . W h y D O e l e c t r o n s fl o w w h e n y o u c o n n e c t a m e t e r t o a p e n n y a n d a n i c k e l ( o r a n y d i s s i m i l a r m e t a l s ) t h a t a r e s e p a r a t e d b y a n e l e c t r o l y t e ? 3 4 6 G a l v a n i c B a t t e r y L a b T e a c h e r ’ s K e y T h e V o l t a i c P i l e A d a p t e d f r o m t h e c o m m o n l y k n o w n l a b o f t h e s a m e n a m e . P u r p o s e : T o b u i l d a s i m p l e g a l v a n i c b a t t e r y a n d m e a s u r e v o l t a g e s p r o d u c e d w h e n p a r a m e t e r s a r e v a r i e d . M a t e r i a l s : 5 p e n n i e s M u l t i m e t e r ( o r v o l t m e t e r ) 5 n i c k e l s T a b l e s a l t P a p e r t o w e l s 1 0 0 - m l g r a d u a t e d c y l i n d e r D i s t i l l e d w a t e r 1 0 - o r 2 5 - m l g r a d u a t e d c y l i n d e r S t i r r i n g r o d 6 0 0 - m l b e a k e r 9 - V o l t b a t t e r y P r o c e d u r e : 1 . 2 . 3 . D i s s o l v e 6 m i o f t a b l e s a l t i n 1 0 0 m l o f d i s t i l l e d w a t e r i n t h e 6 0 0 - m l b e a k e r . S t i r t o h e l p i t d i s s o l v e . F o l d a p a p e r t o w e l u p s o t h a t i t fi t s i n t o t h e b o t t o m o f t h e 6 0 0 - m l b e a k e r . I t s h o u l d b e a t l e a s t 4 l a y e r s t h i c k a f t e r f o l d i n g . S o a k t h e t o w e l i n t h e s a l t w a t e r f o r a t l e a s t 5 m i n u t e s . A n s w e r p r e - l a b q u e s t i o n s o n t h e b a c k w h i l e w a i t i n g . . T e a r 5 p i e c e s ( f u l l 4 - l a y e r t h i c k n e s s e s ) o f f t h e s o a k e d p a p e r t o w e l . T h e s i z e o f e a c h p i e c e s h o u l d b e a l i t t l e s m a l l e r t h a n t h e d i a m e t e r o f a p e n n y . . B u i l d 5 s e p a r a t e c e l l s , e a c h c o n s i s t i n g o f a n i c k e l a n d a p e n n y w i t h t h e p i e c e o f e h O I O . l a y e r e d t o r n ” 3 6 1 ' t o w e l b e t w e e n . ( S e e , . . 1 . F i g u r e 1 0 9 F i v e G a l v a n i c C e l l s . U s i n g t h e m u l t i m e t e r ( w i t h t h e d i a l s e t a t D C V 2 0 0 0 m ) m e a s u r e t h e p o t e n t i a l d i f f e r e n c e ( v o l t a g e ) o n e a c h c e l l . D o i t b y p l a c i n g o n e o f t h e m e t e r l e a d s o n t h e p e n n y a n d t h e o t h e r o n t h e n i c k e l . R e c o r d r e a d i n g s b e l o w . P o s s i b l e d a t a : £ 4 E _ 6 _ 7 m fi e - a n o x i d i z e d p e n n y 3 4 7 e 7 . p — n . _ W h a t h a p p e n s w h e n y o u s w i t c h w h i c h l e a d y o u a r e p u t t i n g o n w h i c h c o i n ? T h e s i g n o f t h e v o l t a g e r e a d i n g c h a n g e s . T h i n k i n g o f w h e n y o u p u t t h e m e t e r ’ s l e a d s o n t h e t e r m i n a l s o f t h e 9 - v o l t b a t t e r y t o g e t a p o s i t i v e r e a d i n g ( r e d w a s o n t h e p o s i t i v e t e r m i n a l a n d b l a c k w a s o n t h e n e g a t i v e o n e ) w h i c h c o i n i s t h e P o s i t i v e t e r m i n a l ? t h e n i c k e l N e g a t i v e t e r m i n a l ? t h e p e n n y . I n c o n v e n t i o n a l c u r r e n t , e l e c t r i c i a n s t h i n k o f e l e c t r i c i t y a s p o s i t i v e c h a r g e s fl o w i n g o u t o f t h e p o s i t i v e t e r m i n a l g o i n g t o w a r d t h e n e g a t i v e t e r m i n a l . W e k n o w t h a t e l e c t r o n s a r e n e g a t i v e a n d t h a t fl o w i n g e l e c t r o n s a r e w h a t e l e c t r i c c u r r e n t i s . S o a s p h y s i c i s t s , w e t h i n k o f c u r r e n t a s e l e c t r o n s fl o w i n g o u t o f t h e n e g a t i v e t e r m i n a l a n d i n t o t h e p o s i t i v e t e r m i n a l . ( A n d i t m a k e s s e n s e t h a t a n e g a t i v e e l e c t r o n w o u l d b e a t t r a c t e d t o a p o s i t i v e t e r m i n a l . ) K e e p i n g a l l o f t h i s i n m i n d , w h i c h c o i n a r e e l e c t r o n s fl o w i n g o u t o f ? t h e p e n n y C u + C u 2 + + 2 e ' . L a b e l w h i c h c o i n i s t h e n i c k e l a n d w h i c h i s t h e p e n n y o n p r e - l a b q u e s t i o n 3 . P u t t h e 5 c e l l s i n a s t a c k o n e o n t o p o f t h e o t h e r , b e i n g s u r e t h e s a m e c o i n t y p e i s o n t h e b o t t o m h a l f o f e a c h c e l l . C h e c k t h e v o l t a g e b y p l a c i n g o n e l e a d o n t h e b o t t o m c o i n o f t h e p i l e a n d t h e o t h e r l e a d o n t h e v e r y t o p c o i n o f t h e p i l e . V o l t a g e o f v o l t a i c p i l e : 9 0 3 V ( a p o s s i b l e r e a d i n g ) L o o k i n g a t t h i s v o l t a g e ( c o m p a r e d t o v o l t a g e s o f t h e i n d i v i d u a l c e l l s ) a n d t h e w a y t h e c e l l s a r e a r r a n g e d , w o u l d y o u s a y t h a t t h e c e l l s a r e i n s e r i e s o r p a r a l l e l ? E x p l a i n . T h e c e l l s a r e a r r a n g e d i n s e r i e s . T h e v o l t a g e s a p p e a r t o b e a d d i n g t o g e t h e r . . C r e a t e a p a r a l l e l c i r c u i t b y p l a c i n g t h e i n d i v i d u a l c e l l s o n a t r i p l e t h i c k n e s s o f a o e r t o w e l t h a t h a s b e e n s o a k e d i n s a l t w a t e r . ( S e e o h o t o . ) F i g u r e 1 1 0 P a r a l l e l C i r c u i t . N o w t h e e l e c t r o n s h a v e m o r e t h a n o n e p o s s i b l e p a t h t o f o l l o w . U s e t h e m u l t i m e t e r t o m e a s u r e p o t e n t i a l d i f f e r e n c e s a t v a r i o u s p o i n t s i n t h e c i r c u i t . D o a n y o f t h e m e a s u r e m e n t s m a t c h t h e r e a d i n g f o r t h e s e r i e s c i r c u i t ? E x p l a i n w h y o r w h y n o t . N o . I n t h e s e r i e s c i r c u i t v o l t a g e s s e e m e d t o b e a d d i n g t o g e t h e r , a n d t h e e l e c t r o n s w o u l d h a v e t o fl o w t h r o u g h o n e c e l l t o g e t t o t h e n e x t . T h e r e w a s 3 4 8 o n l y o n e p a t h , s o t h e r e w e r e m o r e a n d m o r e e l e c t r o n s a s y o u g o t t o t h e e n d o f t h e p i l e . P r e - L a b Q u e s t i o n s : 1 . T u r n t h e d i a l o n t h e m u l t i m e t e r t o D C V 2 0 . P u t t h e l e a d s o n t h e t e r m i n a l s ( p o l e s ) o f t h e 9 - V o l t b a t t e r y . Y o u c a n o n l y g e t a p o s i t i v e r e a d i n g w h e n t h e r e d l e a d i s o n t h e p o s i t i v e t e r m i n a l a n d t h e b l a c k l e a d i s o n t h e n e g a t i v e t e r m i n a l . D r a w a l a b e l e d d i a g r a m o f t h e c e l l y o u w i l l b e b u i l d i n g o u t o f a n i c k e l a p e n n y a n d a p i e c e o f p a p e r t o w e l s o a k e d i n s a l t w a t e r . L a b e l t h e e l e c t r o l y t e a l s o . . ' C u ' . 3 1 1 - e — e l e c i n i y i ' e F i g u r e 1 1 1 L a b e l e d D r a w i n g o f O n e C e l l ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) W e w i l l t o u c h o n e e l e c t r o d e t o t h e c o i n o n t o p a n d t h e o t h e r e l e c t r o d e t o t h e c o i n o n t h e b o t t o m . W h e n w e d o t h i s t h e c o i n c e l l w i l l b e d i s c h a r g i n g . E l e c t r o n s w i l l fl o w f r o m o n e c o i n i n t o t h e m e t e r , t h r o u g h t h e m e t e r , i n t o t h e o t h e r c o i n , t h r o u g h t h e e l e c t r o l y t e i n t h e p a p e r t o w e l a n d b a c k t o t h e o r i g i n a l c o i n . B u t r i g h t n o w w e d o n ’ t k n o w w h i c h c o i n i s t h e a n o d e a n d w h i c h i s t h e c a t h o d e . W h i l e d i s c h a r g i n g , T h e a n o d e i s t h e t e r m i n a l f r o m w h i c h e l e c t r o n s fl o w o u t o f t h e b a t t e r y a n d t h e c a t h o d e i s t h e t e r m i n a l t h r o u g h w h i c h t h e e l e c t r o n s w i l l fl o w i n t o t h e b a t t e r y . ( F i l l i n t h e b l a n k s w i t h a n o d e o r c a t h o d e . ) D r a w t h e c o i n c e l l a g a i n b e l o w w i t h t h e m e t e r h o o k e d u p t o i t . S h o w e l e c t r o n fl o w u s i n g a r r o w s . D o n o t l a b e l w h i c h c o i n i s t h e n i c k e l o r p e n n y y e t , a s w e y e t k n o w w h i c h o n e t h e e l e c t r o n s w i l l b e fl o w i n g o u t o f . 3 4 9 F i g u r e 1 1 2 A S i n g l e C e l l a n d a M u l t i M e t e r ( t e a c h e r ’ s d r a w i n g ) s t L a b u e s t i o n s a n d A c t i v i t i e s : . W h a t c o u l d b e p o s s i b l e r e a s o n s f o r t h e 5 i n d i v i d u a l c e l l s h a v i n g d i f f e r e n t v o l t a g e s ? B i g g e r o r s m a l l e r d i f f e r e n c e s i n c h a r g e b e t w e e n t h e n i c k e l a n d p e n n y d u e t o : - o u t e r l a y e r o x i d i z e d ( s o m o b i l e e l e c t r o n s a r e n o t n e a r t h e s u r f a c e ) - m o r e o r l e s s m e t a l m a k i n g c o n t a c t w i t h t h e e l e c t r o l y t e ( d u e t o s i z e a n d s h a p e o f t h e p a p e r t o w e l ) - d i f f e r i n g c o n c e n t r a t i o n s o f e l e c t r o l y t e - d i f f e r e n t a m o u n t s o f s a t u r a t i o n o f t h e p a p e r t o w e l . T h i n k o f s o m e t h i n g t h a t y o u c o u l d c h a n g e i n t h e p r o c e d u r e o r s e t u p . D e s c r i b e y o u r c h a n g e b e l o w , t e s t t h e c o n s e q u e n c e s o f t h e c h a n g e w i t h t h e m e t e r a n d r e c o r d b e l o w . W r i t e a p o s s i b l e e x p l a n a t i o n f o r t h e r e s u l t s o b t a i n e d . P o s s i b l e i d e a s : M a k e a c e l l w i t h t w o n i c k e l s a n d t w o p e n n i e s . R e m o v e t h e e l e c t r o l y t e . P u t b o t h l e a d s o n o n e c o i n ( o r o n o n e c o i n a n d t h e e l e c t r o l y t e ) . H a v e o n e c e l l r i g h t - s i d e u p a n d t h e n e x t u p s i d e d o w n i n a s e r i e s c i r c u i t v e r s u s a p a r a l l e l c i r c u i t . . W h a t k i n d s o f t h i n g s w o u l d y o u a l t e r a n d t e s t i f y o u w e r e t r y i n g t o e n g i n e e r a b a t t e r y t h a t p r o d u c e d h i g h e n o u g h v o l t a g e s t o p o w e r a h y b r i d o r p l u g - i n c a r ? E l e c t r o l y t e m a t e r i a l ( m a t r i x ) s o t h a t m o r e e l e c t r o n s c o u l d b e g e n e r a t e d I t w o u l d b e l i k e r e p l a c i n g t h e p a p e r t o w e l w i t h a n o t h e r m a t e r i a l . E l e c t r o l y t e - u s i n g s o m e t h i n g o t h e r t h a n N a C l i n w a t e r E l e c t r o c h e m i c a l r e a c t i o n t h a t c a n b e r u n i n r e v e r s e t o r e c h a r g e b a t t e r y A d d m o r e c e l l s t o t h e s e r i e s b u t k e e p w e i g h t a s l o w a s p o s s i b l e R e a c t i o n t h a t i s s a f e - d o e s n ’ t p r o d u c e e x p l o s i v e g a s o r p o i s o n o u s p r o d u c t s P h y s i c a l d e s i g n t h a t h a s t h e e l e c t r o l y t e i n c o n t a c t w i t h a s l a r g e a s u r f a c e a r e a o f t h e e l e c t r o d e s a s p o s s i b l e 3 5 0 4 . T h e $ 5 0 0 q u e s t i o n i s . . . . . . W h y D O e l e c t r o n s fl o w w h e n y o u c o n n e c t a m e t e r t o a p e n n y a n d a n i c k e l ( o r a n y d i s s i m i l a r m e t a l s ) t h a t a r e s e p a r a t e d b y a n e l e c t r o l y t e ? T h e r e d u c t i o n p o t e n t i a l o f o n e h a l f - r e a c t i o n i s a l o t g r e a t e r t h a n t h a t o f t h e o t h e r . S o t h a t a t t h e a n o d e , t h e s u b s t a n c e h a s a m u c h g r e a t e r l i k e l i h o o d o f b e i n g r e d u c e d . 3 5 1 A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N T H E V O L T A I C P I L E L A B B e f o r e t h e l a b , I h a d t h e s t u d e n t s fi l l i n t h e fi r s t n i n e t e r m s o n t h e s t u d e n t g u i d e t o g e t t h e i r m i n d s f o c u s e d o n c o n c e p t s r e l a t e d t o t h e l a b . I f n o n e o f t h e s t u d e n t s o f f e r e d a g o o d d e fi n i t i o n w i t h i n a s h o r t a m o u n t o f t i m e , I d i c t a t e d t h e d e fi n i t i o n t o t h e m . A s t h i s w a s t h e fi r s t y e a r I h a d d o n e t h i s l a b , I w a s n ’ t s u r e h o w m u c h t i m e i t w o u l d t a k e a n d d i d n ’ t w a n t t o u s e u p t o o m u c h o f t h e p e r i o d w r i t i n g d e fi n i t i o n s . S o m e s t u d e n t s r e a l l y g o t i n t o t h i s l a b . T h e y o b s e r v e d a l l s o r t s o f t h i n g s t h e m c a u s e d t h e m t o w o n d e r . I t o f f e r e d a m u l t i t u d e o f t e a c h a b l e m o m e n t s . “ W h y a r e t h e v o l t a g e s d i f f e r e n t b e t w e e n t h e s e t w o c e l l s ? ” “ D o y o u n o t i c e a n y d i f f e r e n c e s w h e n y o u l o o k a t t h e c e l l s ? ” “ W e l l , o n e p e n n y o n t h i s o n e i s d a r k a n d t h e o t h e r p e n n i e s a r e a l l s h i n y . ” “ W h a t i s t h a t d a r k c o l o r ? ” T h e g i r l s d i s c u s s e d i t a f e w m i n u t e s , c o m i n g u p w i t h s e v e r a l p o s s i b i l i t i e s . F i n a l l y o n e g i r l g u e s s e d t h a t i t w a s c 0 p p e r o x i d e . W e t a l k e d a b o u t h o w a l a y e r o f c o p p e r o x i d e o n t h e s u r f a c e m i g h t h a m p e r t h e fl o w o f m o b i l e e l e c t r o n s f r o m w i t h i n t h e p u r e c o p p e r b e n e a t h . A n o t h e r g r o u p v o i c e d a c o n c e r n , “ O u r v o l t a g e r e a d i n g s o n t h i s c e l l k e e p fl u c t u a t i n g w i l d l y ! ” I a s k e d t h e m t o t r y t o u c h i n g t h e e l e c t r o d e t o t h e s i d e o f t h e b o t t o m c o i n i n s t e a d o f t h e t o p o f t h e b o t t o m c o i n . “ I t ’ s s t e a d y n o w . ” W e d i s c u s s e d w h a t t h e d i f f e r e n c e w a s . I f t h e e l e c t r o d e i s o n t h e s i d e o f t h e b o t t o m c o i n , t h e e l e c t r o n s h a d t o t r a v e l t h r o u g h b o t h t h e e l e c t r o l y t e a n d t h e b o t t o m c o i n . I f t h e e l e c t r o d e w a s p l a c e d o n t o p s i d e o f t h a t c o i n , t h e r e w e r e t w o p o s s i b l e e n v i r o n m e n t s . T h e e l e c t r o d e m i g h t b e p l a c e d i n a n a r e a o f t h e c o i n t h a t w a s d r y . H e r e t h e e l e c t r o n s h a d t o m o v e t h r o u g h t h e e l e c t r o l y t e a n d t h e b o t t o m c o i n t o g e t t o t h e e l e c t r o d e . O r , t h e e l e c t r o d e c o u l d e n d u p o n a n a r e a t h a t w a s w e t w i t h 3 5 2 e l e c t r o l y t e . T h i s w o u l d c r e a t e a s h o r t c i r c u i t , w i t h e l e c t r o n s b y p a s s i n g t h e b o t t o m c o i n . A r e a s t h a t w e r e s l i g h t l y w e t c o u l d fl u c t u a t e b e t w e e n s h o r t c i r c u i t a n d c o m p l e t e c i r c u i t . A l t e r s t u d e n t s fi n i s h e d p e r f o r m i n g t h e l a b , I s h o w e d s l i d e s o f h y b r i d c a r s t h a t a r e n o w o n t h e m a r k e t . I t i e d t h e s l i d e s h o w i n w i t h q u e s t i o n 3 u n d e r t h e p o s t l a b q u e s t i o n s a n d a c t i v i t i e s : W h a t k i n d s o f t h i n g s w o u l d y o u a l t e r a n d t e s t i f y o u w e r e t r y i n g t o e n g i n e e r a b a t t e r y t h a t p r o d u c e d h i g h e n o u g h v o l t a g e s t o p o w e r a h y b r i d o r p l u g - i n c a r ? T h e s t u d e n t s w e r e v e r y n o i s y d u r i n g t h e s l i d e s h o w , b u t t h e i r n o i s i n e s s w a s d u e t o t h e i r e x c i t e m e n t . T h e y w e r e t e l l i n g e a c h o t h e r a b o u t h a v i n g r i d d e n i n o n e . T h e y w e r e a l s o c a l l i n g o u t q u e s t i o n s , “ H o w m u c h d i d y o u s a y t h a t o n e s e l l s f o r ? ” “ W h a t w a s t h e m p g ? ” 3 5 3 A P P E N D I X V E B U I L D I N G A 3 - D M O D E L F O R E X T R A C R E D I T T h e f o l l o w i n g w a s d i s p l a y e d o n t h e o v e r h e a d p r o j e c t o r . I n t e r e s t e d s t u d e n t s w r o t e t h e r u b r i c d o w n . E x t r a C r e d i t O p t i o n s B u i l d a 3 - D m o d e l o f e i t h e r a : F u e l c e l l H y b r i d c a r b a t t e r y ( t h e o n e t h a t m o v e s t h e c a r ) B a t t e r y f o r a n e l e c t r i c p l u g - i n c a r I t i s o k i f t h e m o d e l s a r e n o t f u n c t i o n a l . P r e s e n t t h e m o d e l t o t h e c l a s s , e x p l a i n i n g t h e c o m p o n e n t s a n d h o w t h e b a t t e r y o r c e l l w o r k s ( o r w o u l d w o r k i f i t w a s f u n c t i o n a l ) . I n c l u d e i n f o r m a t i o n o n r e c e n t d e s i g n a d v a n c e s a n d c h a l l e n g e s t h a t s t i l l n e e d t o b e o v e r c o m e . R u b r i c 3 - D M o d e l : A c c u r a c y 2 N e a t n e s s 2 L o o k s l i k e i t t o o k a t l e a s t a n h o u r t o m a k e 4 L a b e l s o n c o m p o n e n t s 1 P r e s e n t a t i o n : E x p l a i n t h e m o d e l , i t s c o m p o n e n t s a n d h o w t h e b a t t e r y o r f u e l c e l l w o r k s 2 I n f o r m a t i o n o n r e c e n t a d v a n c e s 2 C h a l l e n g e s t o o v e r c o m e 2 1 5 p o i n t s 3 5 4 A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N B U I L D I N G A 3 - D M O D E L T h e r u b r i c w a s u p o n t h e o v e r h e a d . P a r t o f t h e s t u d e n t s c o p i e d i t d o w n . T h e c l a s s h a d n o t e s a n d l a b e l e d d r a w i n g s o f a f u e l c e l l . T h i s c h o i c e w o u l d h a v e r e q u i r e d l i t t l e r e s e a r c h . A s f a r a s t h e b a t t e r i e s , w e h a d d o n e q u i t e a f e w a c t i v i t i e s w h e r e w e d i s c u s s e d d i f f e r e n c e s b e t w e e n a r e g u l a r l e a d a c i d c a r b a t t e r y a n d t h e s e a l t e r n a t i v e t y p e s . W e h a d a l s o w r i t t e n o u t t h e h a l f r e a c t i o n s f o r t h e h y b r i d c a r b a t t e r i e s . B u t s t u d e n t s w o u l d h a v e n e e d e d t o d o a l i t t l e r e s e a r c h t o b u i l d t h e m o d e l . A s a c l a s s w e a g r e e d u p o n a d u e d a t e f o r t h e p r o j e c t . S o m e s t u d e n t s w a n t e d t h e d u e d a t e l e f t o p e n - e n d e d , o t h e r s w a n t e d i t d u e i n 2 w e e k s . A c o m p r o m i s e w a s r e a c h e d . T h e d u e d a t e w a s s e t f o r t h e d a y b e f o r e C h r i s t m a s b r e a k . T h a t g a v e t h e m f o u r w e e k s . S t u d e n t s c o u l d b r i n g t h e i r m o d e l i n a n y t i m e b e f o r e t h a t , a s e a c h p e r s o n fi n i s h e d t h e i r s , t o p r e s e n t . A s t h e w e e k s w e n t b y , l i n q u i r e d a b o u t t h e i r p r o g r e s s o n t h e p r o j e c t . O c c a s i o n a l l y a s t u d e n t w o u l d a s k a q u e s t i o n a b o u t i t , b u t n o n e e v e r e v e n s t a r t e d t h e p r o j e c t . B y C h r i s t m a s b r e a k z e r o p r o j e c t s h a d b e e n t u r n e d i n ! 3 5 5 A P P E N D I X V F H O M E W O R K Q U I Z T O A C C O M P A N Y T H E P H O T O V O L T A I C S A R T I C L E A D D R E S S O F T H E A R T I C L E O N P H O T O V O L T A I C S h t t p : / / w w w . n r c | . g o v / l c a m i n g / r e p h o t o v o l t a i c s h t m l H O M E W O R K Q U I Z 1 . W h a t d o e s P V s t a n d f o r ? 2 . W h a t h a p p e n s w h e n s u n l i g h t i s a b s o r b e d b y o n e o f t h e s e c e l l s ? 3 . N a m e t h r e e p l a c e s y o u c o u l d fi n d s o l a r c e l l s a c c o r d i n g t o t h e a r t i c l e . 3 5 6 T E A C H E R ’ S K E Y F O R T H E H O M E W O R K Q U I Z T O A C C O M P A N Y P H O T O V O L T A I C S A R T I C L E . W h a t d o e s P V s t a n d f o r ? P h o t o v o l t a i c . W h a t h a p p e n s w h e n s u n l i g h t i s a b s o r b e d b y o n e o f t h e s e c e l l s ? E l e c t r o n s a r e k n o c k e d o f f o f t h e i r a t o m s . N a m e t h r e e p l a c e s y o u c o u l d fi n d s o l a r c e l l s a c c o r d i n g t o t h e a r t i c l e . A n y t h r e e o f t h e s e : C a l c u l a t o r s W a t c h e s T r a c k i n g D e v i c e s S h i n g l e s R o o f T i l e s B u i l d i n g F a c a d e s G l a z i n g f o r S k y l i g h t s o r A t r i a C o n c e n t r a t i n g C o l l e c t o r s 3 5 7 A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N T H E H O M E W O R K Q U I Z T O A C C O M P A N Y T H E P H O T O V O L T A I C S A R T I C L E I n t h e u n i t s t h a t I t e a c h t h e r e s t o f t h e y e a r I g i v e a h o m e w o r k q u i z a l m o s t e v e r y d a y . I r e a d t h e q u e s t i o n s o r a l l y t o g i v e s t u d e n t s e x p e r i e n c e p r o c e s s i n g a u d i t o r y i n f o r m a t i o n . I t f o r c e s t h e m t o w r i t e d o w n t h e k e y i n f o r m a t i o n . I h a v e a l w a y s t r i e d t o m o d e l d o i n g t h a t o n m a t h p r o b l e m s , b u t m o s t s t u d e n t s s k i p t h e s t e p o f l i s t i n g t h e i n f o r m a t i o n t h a t i s g i v e n . S o f o l l o w i n g m y o r a l q u i z t r a d i t i o n , I r e a d t h i s q u i z o r a l l y a l s o . I t j u s t d o e s n ’ t h a p p e n t o c o n t a i n t h e t y p e o f q u e s t i o n s t h a t r e q u i r e o n e t o w r i t e d o w n k e y i n f o r m a t i o n . I a l s o f o l l o w e d t h e o t h e r t r a d i t i o n t h a t I u s e f o r h o m e w o r k q u i z z e s . A f t e r a l l o f t h e s t u d e n t s h a v e fi n i s h e d , o n e o f t h e r o l l s a n o v e r s i z e d r e d d i e t h a t I b r o u g h t b a c k f r o m L a s V e g a s . I f a n e v e n n u m b e r c o m e s u p , t h e y d o n ’ t h a v e t o t u r n t h e q u i z i n . W e j u s t g o o v e r t h e c o r r e c t a n s w e r s . T h e y g e t t w o r o l l s t o t r y f o r a n e v e n n u m b e r . I h a v e f o u n d t h a t t h i s t e c h n i q u e g e t s t h e m t o r e a l l y f o c u s o n t h e p r e v i o u s n i g h t ’ s m a t e r i a l f o r t h e fi v e m i n u t e s t h a t t h e q u i z t a k e s . I g e t v a l u a b l e f e e d b a c k o n w h a t s t u d e n t s h a v e l e a r n e d a b o u t t h e t o p i c . I t a l s o a l l o w s m e t o g i v e t h e s e l i t t l e q u i z z e s a h n o s t d a i l y w i t h o u t h a v i n g t o o m a n y p a p e r s t o g r a d e . T h e t e c h n i q u e h a s m i x e d r e s u l t s a s f a r a s g e t t i n g s t u d e n t s t o d o t h e i r h o m e w o r k . O n t h e d a y o f t h i s h o m e w o r k q u i z , t h e s t u d e n t s r o l l e d a n e v e n n u m b e r a n d d i d n o t h a v e t o t u r n i t i n . I n r e t r o s p e c t , I s h o u l d h a v e f o r g o n e t h e d i c e - r o l l i n g t r a d i t i o n a n d h a d t h e m t u r n i t i n . T h e n t h e d a t a c o u l d h a v e b e e n u s e d i n t h i s t h e s i s . T h e q u i z q u e s t i o n s w e r e v e r y s i m p l e . A n y o n e w h o r e a d t h e a r t i c l e s h o u l d h a v e b e e n a b l e t o g e t t h e m a l l r i g h t . G o i n g o v e r t h e a n s w e r s a f t e r t h e q u i z w a s a g o o d s t a r t i n g p o i n t f o r t h e d a y ’ s t o p i c o f p h o t o v o l t a i c c e l l s . 3 5 8 A P P E N D I X V G B U I L D I N G A P H O T O V O L T A I C C E L L L A B S T U D E N T I N S T R U C T I O N S T h e l a b i n s t r u c t i o n s a r e a n a d a p t a t i o n f r o m F l i n n ’ s k i t “ B u i l d a S o l a r C e l l : P h o t o v o l t a i c E f f e c t a n d P h o t o s y n t h e s i s ” . T h e k i t c a n b e o r d e r e d o n l i n e a t w w w . fl i n n s c i . c o m , c a t a l o g n u m b e r A P 6 9 1 6 . T h e p r i n t e d l a b d i r e c t i o n s t h a t c a m e w i t h t h e k i t w e r e l a b e l e d a s P u b l i c a t i o n N o . 6 9 1 6 . C h a n g e s t h a t I m a d e w h e n I t y p e d u p i n s t r u c t i o n s f o r m y s t u d e n t s f o c u s e d o n t w o g o a l s . O n e : m a k e t h e d i r e c t i o n s c l e a r a n d s i m p l e . T w o : r e fl e c t t h e c h a n g e s I m a d e w h e n b u i l d i n g P V c e l l s m y s e l f . I b r o k e t h e l a b i n t o t w o d a y s a n d w r o t e i t u p i n t w o p a r t s . E a c h p a r t h a d i t s o w n m a t e r i a l s l i s t . A d d i t i o n s t h a t I m a d e t o F l i n n ’ s m a t e r i a l s l i s t a r e a s f o l l o w s : 2 1 5 0 - m l b e a k e r s r a t h e r t h a n o n e ( O n e f o r h i b i s c u s i n f u s i o n a n d o n e f o r H N O 3 ) 1 2 5 - m l E r l e n m e y e r fl a s k w i t h r u b b e r s t o p p e r t o s t o r e h i b i s c u s o v e r n i g h t M a t c h e s t o l i g h t t e a l i g h t T h i n l a t e x g l o v e s t o k e e p o i l s f r o m h a n d s o f f c o n d u c t i v e p l a t e s R u l e r f o r u s e i n c o a t i n g p l a t e s S c i s s o r s t o o p e n p a c k a g i n g 1 0 0 - m l g r a d u a t e d c y l i n d e r t o m e a s u r e w a t e r M a s k i n g t a p e f o r l a b e l i n g v e s s e l s F u n n e l a n d fi l t e r p a p e r t o s e p a r a t e h i b i s c u s p e t a l s f r o m d y e C h a n g e s I m a d e t o t h e p r o c e d u r e : I n b o l d , b e f o r e t h e p r o c e d u r e , I a d d e d “ R e a d t h r o u g h t h e e n t i r e s t e p b e f o r e s t a r t i n g t o p e r f o r m t h e s t e p . ” I a l s o c h a n g e d t h e o r d e r o f t h e s t e p s a n d b r o k e m a n y m a j o r s t e p s d o w n i n t o s u b - s t e p s w h i c h I l a b e l e d a s a , b , c , r a t h e r t h a n w r i t i n g t h e m o u t i n p a r a g r a p h f o r m . S t e p s t h a t I c h a n g e d s i g n i fi c a n t l y b y a d d i n g m o r e d e t a i l , m a k i n g t h e d i r e c t i o n s m o r e c l e a r o r m o d i f y i n g t h e t e c h n i q u e a r e a s f o l l o w s : 3 5 9 D a y O n e 1 . P r e p a r i n g c o n c e n t r a t e d h i b i s c u s d y e ( F l i n n ’ s s t e p 4 u n d e r p r e p a r a t i o n ) a ) P u t 2 g r a m s o f d r i e d h i b i s c u s i n t o a 1 5 0 - m l b e a k e r . b ) A d d 1 0 0 m l o f d i s t i l l e d w a t e r . c ) L a b e l t h e b e a k e r “ H i b i s c u s D y e ” u s i n g m a s k i n g t a p e . ( 1 ) H e a t t o b o i l i n g o n a h o t p l a t e . e ) T u r n w a y d o w n t o a l l o w i t t o s t e e p f o r 1 5 m i n u t e s ( s e t t h e t i m e r ) . W O R K O N S T E P S 2 - 1 5 W H I L E T H E D Y E I S S T E E P I N G , T H E N R E T U R N T O D O P A R T S f A N D g O F T H E T H I S S T E P W H E N T H E T I M E R R I N G S . f ) C o o l t o r o o m t e m p e r a t u r e . g ) F i l t e r b y p o u r i n g t h r o u g h a fi r n n e l l i n e d w i t h fi l t e r p a p e r . C a t c h i n a c l e a n , l a b e l e d E r l e n m e y e r . C l o s e w i t h a r u b b e r s t o p p e r . 2 . R i n s i n g t h e P l a t e s ( p a r t o f F l i n n ’ s s t e p 1 u n d e r P r e p a r a t i o n ) a ) F i l l o n e o f t h e p l a s t i c p i p e t t e s w i t h 3 m l o f e t h y l a l c o h o l . b ) C l e a n t h e g l a s s p l a t e s b y h o l d i n g t h e m i n g l o v e d h a n d s o r w i t h t h e t w e e z e r s , r i n s i n g w i t h t h e 3 m l o f a l c o h o l . H O L D T H E P L A T E S C L O S E T O T H E B E N C H T O P S O I F Y O U D R O P T H E M T H E Y A R E L E S S L I K E L Y T O B R E A K . Y o u c a n l a y p a p e r t o w e l d o w n u n d e r t h e m t o c a t c h t h e a l c o h o l a n d t o a c t a s a s a f e t y c u s h i o n . A F T E R R I N S I N G , U S E T H E A L C O H O L - S O A K E D P A P E R T O W E L T O C L E A N O F F A S M A L L A R E A O F T H E B E N C H T O P . 3 . D r y i n g t h e P l a t e s ( t h e r e s t o f F l i n n ’ s s t e p 1 ) P a t t h e g l a s s w i t h d r y l e n s p a p e r . D o N O T t o u c h t h e g l a s s p l a t e s w i t h y o u r b a r e h a n d s , a s i t w o u l d g e t o i l a n d d i r t o n t h e p l a t e s . 4 . P r e h e a t t h e H o t P l a t e ( F l i n n ’ s s t e p 1 u n d e r P r o c e d u r e ) T h i s s t e p a p p e a r s i n a n e a r l i e r p o s i t i o n t h a n i t d o e s i n F l i n n ’ s v e r s i o n . 5 . I d e n t i f y i n g t h e C o n d u c t i v e S i d e o f t h e P l a t e s ( F l i n n ’ s s t e p 2 u n d e r P r e p a r a t i o n ) T h i s p r o c e d u r e r e m a i n e d t h e s a m e a s F l i n n ’ s . H o w e v e r , I m a d e e a c h d i r e c t i o n a s e p a r a t e s t e p . 3 6 0 6 . P r e p a r i n g a 0 . 0 0 1 M H N 0 3 S o l u t i o n ( F l i n n ’ s s t e p 3 u n d e r P r e p a r a t i o n ) T h e c h a n g e s m a d e h e r e w e r e f o r s a f e t y r e a s o n s . a ) M e a s u r e 1 0 0 m l o f d i s t i l l e d w a t e r i n t o t h e I S O - m l b e a k e r . U S E T H E G R A D U A T E D C Y L I N D E R F O R M E A S U R I N G . b ) A d d 1 m l o f 0 . 1 M H N O 3 t o t h e w a t e r . A L W A Y S A D D A C I D T O W A T E R . D O I N G I T T H E O T H E R W A Y A R O U N D C A N C A U S E A N E X P L O S I O N ! c ) L a b e l t h e b e a k e r “ 0 . 0 0 1 M H N 0 3 w i t h m a s k i n g t a p e . 7 . T a p i n g t h e A n o d e ( F l i n n ’ s s t e p 4 u n d e r P r o c e d u r e ) W h e n I d i d t h e l a b m y s e l f , I w a s n ’ t t h i n k i n g a n d d i d t h i s p r o c e d u r e t o a l l o f t h e p l a t e s , s o t h e o n l y c h a n g e I h a v e m a d e w a s t o i n c l u d e t h e p h r a s e “ . . . t a p e t h e t w o e n d s o f O N E o f t h e g l a s s p l a t e s . . . ” I a l s o i n c l u d e d F l i n n ’ s d i a g r a m u n d e r t h i s s t e p a n d r e f e r r e d t o i t b y s a y i n g “ ( S e e d i a g r a m b e l o w ) ” . 8 . M a k i n g t h e T i t a n i u m O x i d e P a s t e ( F l i n n ’ s s t e p s 2 a n d 3 u n d e r P r o c e d u r e ) I f t h e p a s t e s i t s v e r y l o n g i t t h i c k e n s u p t o o m u c h t o s p r e a d w e l l , s o I a d d e d o n e s e n t e n c e a t t h e e n d : “ P R O C E E D I M M E D I A T E L Y T O T H E N E X T S T E P . ” I d e l e t e d t h e p a r t a b o u t s t o r i n g i t i n a c a p p e d b o t t l e . 9 . C o a t i n g t h e A n o d e ( F l i n n ’ s s t e p s 5 , 6 a n d 7 u n d e r P r o c e d u r e ) T h e o n l y c h a n g e w a s t o l e t t h e s t u d e n t s k n o w t h a t t h e t i t a n i u m o x i d e fi l m d r i e s i n a b o u t o n e m i n u t e i f t h e y h a v e n ’ t p u t i t o n t o o t h i c k . 1 0 . B a k i n g t h e C o a t i n g ( F l i n n ’ s s t e p s 8 a n d 9 ) A f t e r t h e i n s t r u c t i o n s s a y t o h e a t t h e p l a t e f o r 1 5 m i n u t e s , I i n s e r t e d : D O S T E P 1 1 W H I L E W A I T I N G . l l . C o a t i n g t h e C a t h o d e ( F l i n n ’ s s t e p s 1 4 a n d 1 5 ) N o c h a n g e s n e e d e d . 1 2 . S t o r i n g t h e C a t h o d e U n t i l T o m o r r o w P u t t h e b l a c k e n e d p l a t e u n d e r a P e t r i d i s h a n d s t o r e t h a t i n a d a r k c u p b o a r d . 1 3 . C o o l i n g t h e A n o d e ( F l i n n ’ s s t e p s 1 0 a n d 1 1 ) 3 6 1 N o c h a n g e s h e r e e x c e p t t h a t I h a d i n s e r t e d t h e c a t h o d e c o a t i n g s t e p b e t w e e n F l i n n ’ s s t e p s 9 a n d 1 0 . 1 4 . S t o r i n g t h e A n o d e U n t i l T o m o r r o w S e t t h e w h i t e - c o a t e d a n o d e p l a t e d o w n i n t o t h e b e a k e r o f 0 . 0 0 1 M H N O 3 , b e i n g s u r e i t i s c o m p l e t e l y s u b m e r g e d . D A Y T W O 1 . D y i n g t h e A n o d e ( F l i n n ’ s s t e p 1 2 ) N o c h a n g e s h e r e e x c e p t f o r o c c u p y i n g a d i f f e r e n t l o c a t i o n i n t h e s e q u e n c e e v e n t s . A n d t h i s s t a t e m e n t w a s a d d e d , “ W h i l e w a i t i n g , y o u c a n c o a t t h e c a t h o d e w i t h g r a p h i t e i f y o u r g r o u p d i d n o t h a v e t i m e t o d o i t o n d a y o n e . 2 . R i n s i n g t h e A n o d e ( F l i n n ’ s s t e p 1 3 ) a ) R e m o v e t h e d y e d p l a t e u s i n g t w e e z e r s . b ) U s i n g a p l a s t i c p i p e t t e , g e n t l y r i n s e t h e p l a t e w i t h 4 o r 5 m l o f d i s t i l l e d w a t e r . c ) U s i n g t h e s a m e p i p e t t e , c a r e f u l l y r i n s e a s e c o n d t i m e w i t h 4 o r 5 m l o f e t h a n o l . d ) P L A C E T H E B O T T O M E N D O F T H E P L A T E F I R M L Y O N T H E L A B B E N C H T O P ( N O T O V E R T H E S I N K ) S O Y O U D O N ’ T R I S K D R O P P I N G A N D B R E A K I N G I T . V e r y c a r e f u l l y , b l o t t h e p l a t e d r y w i t h l e n s p a p e r . D O N O T R U B . 3 . C l i p p i n g t h e P l a t e s T o g e t h e r ( F l i n n ’ s s t e p s 1 6 a n d 1 7 ) T h e o n l y c h a n g e m a d e w a s t o p o s i t i o n F l i n n ’ s i l l u s t r a t i o n 4 b u n d e r t h e i r s t e p 1 6 i n s t r u c t i o n s a n d t h e i r i l l u s t r a t i o n 4 a u n d e r t h e i r s t e p 1 7 i n s t r u c t i o n s . 4 . I n t r o d u c i n g t h e E l e c t r o l y t e ( F l i n n ’ s s t e p s 1 8 a n d 1 9 ) N o c h a n g e s m a d e . 5 . T e s t i n g t h e P h o t o v o l t a i c C e l l a ) S e t t h e m u l t i m e t e r t o a 1 - 1 0 V s e t t i n g . 3 6 2 b ) g ) h ) 1 ) T o u c h t h e b l a c k l e a d t o t h e p u r p l e t i t a n i u m o x i d e a n o d e o n t h e c l e a r g l a s s e n d . T o u c h t h e r e d l e a d t o t h e b l a c k g r a p h i t e c a t h o d e o n i t s c l e a r g l a s s e n d . D O N O T R E V E R S E T H E L E A D S . I T M A Y D A M A G E T H E C E L L . M e a s u r e t h e v o l t a g e r i g h t w h e r e y o u a r e o n t h e l a b b e n c h t o p i n n o r m a l c l a s s r o o m l i g h t . R e c o r d t h e v o l t a g e i n t h e t a b l e b e l o w . R e s e t t h e m u l t i m e t e r t o m e a s u r e c u r r e n t ( 1 - 2 0 A m p s ) . M e a s u r e a n d r e c o r d t h e c u r r e n t . P l a c e t h e s o l a r c e l l o n t h e o v e r h e a d p r o j e c t o r w i t h t h e p u r p l e a n o d e o n t h e b o t t o m . w i t h t h e o v e r h e a d l i g h t o f f , m e a s u r e a n d r e c o r d t h e v o l t a g e a n d t h e c u r r e n t . T u r n t h e o v e r h e a d l i g h t o n . M e a s u r e a n d r e c o r d t h e v o l t a g e a n d c u r r e n t . S e t t h e c e l l b a c k o n t h e b e n c h t o p . H a v e o n e s t u d e n t c o v e r i t w i t h a s m a l l b o x o r t h i c k l a y e r s o f d a r k c l o t h w h i l e t h e o t h e r h o l d s t h e m u l t i m e t e r l e a d s i n p l a c e . T h e m e t e r s h o u l d n o t b e c o v e r e d . Y o u w a n t t o b e a b l e t o r e a d i t . M e a s u r e a n d r e c o r d t h e v o l t a g e a n d t h e c u r r e n t . C o o p e r a t e w i t h t h e o t h e r g r o u p s b y h o o k i n g a l l o f y o u r s o l a r c e l l s u p i n t o o n e s e r i e s c i r c u i t . M e a s u r e t h e v o l t a g e a n d c u r r e n t . T r y i t a g a i n w i t h o n l y t w o c e l l s i n s e r i e s . O p t i m u m p e r f o r m a n c e i s u s u a l l y o b t a i n e d u s i n g a p a r a l l e l - s e r i e s c i r c u i t . ( S e e d i a g r a m . ) M e a s u r e t h e c u r r e n t a n d p o t e n t i a l d i f f e r e n c e ( v o l t s ) f o r s u c h a c o n fi g u r a t i o n . ( F l i n n ’ s F i g u r e 6 w a s i n s e r t e d u n d e r t h i s s t e p . ) T h i n k o f fi v e o t h e r t e s t s y o u c o u l d r u n w i t h y o u r c e l l . B r i e fl y d e s c r i b e e a c h : 1 . 2 . k ) R u n t h e t e s t s a n d e n t e r t h e d a t a b e l o w . 3 6 3 D A T A T A B L E F O R S T E P S d t h r o u g h i L _ i g h t C o n d i t i o n s V o l t a g e A m p e r a g e D A T A T A B K E F O R S T E P k 3 6 4 P H O T O S T O I L L U S T R A T E S T E P S I N B U I L D I N G A P H O T O V O L T A I C C E L L F i g u r e 1 1 3 S t u d e n t s M a d e a P h o t o s e n s i t i v e D y e f r o m H i b i s c u s F l o w e r s F i g u r e 1 1 4 R i n s i n g t h e C o n d u c t i v e P l a t e s 3 6 5 ‘ . r a t F i g u r e 1 1 6 P r e p a r i n g a D i l u t e S o l u t i o n o f N i t r i c A c i d 3 6 6 ( T ‘ " . ® I C ' J " ~ ‘ y e t u p “ T ‘ s - < J < p M L " - ‘ j b u ‘ M ‘ M " ~ . fl u « a n d . » V i n a , s “ I “ , I H A V E T o ( t a n n e r ; F D ? Y o u o r : n ” I . g u m é b I I . . L ' M U g : a t i . u m , " J ( 0 ( 4 4 1 L . a n . “ 5 . . . , W ‘ A w u « I : C - u L V a l l i - J u l i “ I n f - 9 D F i g u r e 1 1 8 M a s k i n g o f f t h e A n o d e s b e f o r e C o a t i n g 3 6 7 F i g u r e 1 2 0 F i r s t S t e p o f C o a t i n g t h e A n o d e 3 6 8 6 F i g u r e 1 2 2 C o a t i n g t h e C a t h o d e w i t h G r a p h i t e 3 6 9 \ ’ 4 - I 3 7 7 » . I \ F i g u r e 1 2 4 U s i n g C a p i l l a r y A c t i o n t o I n t r o d u c e t h e E l e c t r o l y t e 3 7 0 - ’ h ‘ F i g u r e 1 2 6 S o a k i n g u p L i g h t f o r A n o t h e r T e s t o f C u e n a n d V o l t a g e 3 7 1 A N E C D O T A L C O M M E N T A R Y O N B U I L D I N G A P H O T O V O L T A I C C E L L L A B T h i s l a b w a s b r o k e n i n t o t w o d a y s . O n d a y o n e , t h e l e s s o n b e g a n w i t h s t u d e n t s h a v i n g a n o p p o r t u n i t y t o a s k q u e s t i o n s a b o u t t h e h o m e w o r k r e a d i n g , a n a r t i c l e o n p h o t o v o l t a i c s . T h i s w a s f o l l o w e d b y a 3 - q u e s t i o n q u i z o v e r t h e h o m e w o r k r e a d i n g . A s a c l a s s , w e t h e n w e n t o v e r t h e c o r r e c t a n s w e r s t o t h e q u i z a s a n i n t r o d u c t i o n i n t o t h e d a y ’ s n o t e s : C o m p a r i n g a n d C o n t r a s t i n g P V C e l l s w i t h G a l v a n i c C e l l s ” . T h e r e w e r e a b o u t 3 0 m i n u t e s r e m a i n i n g f o r t h e s t u d e n t s t o c o m p l e t e t h e l a b p r o c e d u r e f o r d a y o n e w h i c h i n c l u d e d : P r e p a r i n g C o n c e n t r a t e d H i b i s c u s D y e R i n s i n g t h e C o n d u c t i v e P l a t e s D r y i n g t h e C o n d u c t i v e P l a t e s P r e h e a t i n g t h e H o t P l a t e I d e n t i f y i n g t h e C o n d u c t i n g S i d e o f E a c h P l a t e P r e p a r i n g a 0 . 0 0 1 M H N O 3 S o l u t i o n T a p i n g t h e A n o d e M a k i n g T i t a n i u m O x i d e P a s t e C o a t i n g t h e A n o d e B a k i n g t h e A n o d e C o a t i n g C o a t i n g t h e C a t h o d e T h e l i s t a b o v e l o o k s v e r y t i m e c o n s u m i n g , b u t i n r e a l i t y e a c h s t e p t a k e s v e r y l i t t l e t i m e . H o w e v e r , t h e 3 0 m i n u t e s w a s n o t q u i t e e n o u g h t i m e . A n o t h e r t e n m i n u t e s w o u l d h a v e b e e n p e r f e c t . T h e r e w a s n o t t i m e f o r t h e a n o d e s t o c o m p l e t e t h e b a k i n g p r o c e s s b e f o r e t h e b e l l r a n g . A n d n o t a l l g r o u p s g o t t h e i r c a t h o d e c o a t e d . I c o o l e d t h e a n o d e s f o r a l l g r o u p s a n d p u t t h e m d o w n i n t o b e a k e r s o f 0 . 0 0 1 M H N O 3 f o r s t o r a g e u n t i l t h e n e x t d a y . D a y t w o w a s d e v o t e d e n t i r e l y t o t h e l a b . T h e r e i s a 1 5 - m i n u t e w a i t i n t h e fi r s t s t e p , d y i n g t h e a n o d e . S t u d e n t s t h a t h a d n ’ t h a d t i m e t o c o a t t h e i r c a t h o d e o n d a y o n e u s e d t h i s 3 7 2 w a i t t i m e t o d o i t . S t u d e n t s a l l fi n i s h e d c o n s t r u c t i n g t h e P V c e l l s a n d r a n s o m e t e s t s o n t h e i r s . M o s t g r o u p s d i d n o t g e t t o r u n a l l o f t h e t e s t s I h a d i n c l u d e d . O n b o t h d a y s d u r i n g t h e l a b , m o s t s t u d e n t s w e r e a b s o r b e d a n d e n g a g e d , p h y s i c a l l y a s w e l l a s m e n t a l l y . I w a s v e r y b u s y a n s w e r i n g q u e s t i o n s s u c h a s , “ W h a t i s h i b i s c u s ? ” a n d “ D o w e h a v e t o w r i t e a n y t h i n g d o w n ? ” I a l s o h a d t o k e e p a c l o s e e y e o u t f o r s t u d e n t s m a k i n g e r r o r s t h a t w o u l d r u i n t h e i r e l e c t r o d e s . B y t h e e n d o f d a y o n e a l l g r o u p s h a d g o t t e n a s f a r a s c o a t i n g t h e a n o d e . I fi n i s h e d b a k i n g , c o o l i n g a n d s t o r i n g t h e m . O n d a y t w o , s t u d e n t s s e e m e d t o g e t t h e m o s t s a t i s f a c t i o n o u t o f c o a t i n g t h e c a t h o d e . “ M s . O s m a r , c h e c k t h i s c a t h o d e o u t ! I s t h a t a s n i c e j o b , o r w h a t ? ” W e h a d e n o u g h g l a s s p l a t e s t h a t e a c h g r o u p c o u l d m a k e t w o a n o d e s a n d t w o c a t h o d e s . T h i s l e d t o s o m e p r o b l e m s o l v i n g . O n e g r o u p s a i d t o a n o t h e r , “ H o w d i d y o u g e t b o t h o f y o u r a n o d e s i n t o t h e p e t r i d i s h ? ” S o m e g r o u p s u s e d t h e t o p o f t h e p e t r i d i s h a s a s e c o n d d i s h . O n c e t h e c e l l s w e r e c o n s t r u c t e d , t h e r e w a s a l o t o f d i s c u s s i o n a n d a r g u m e n t a b o u t w h e r e l e a d s s h o u l d b e p l a c e d . N o n e o f t h e g r o u p s g o t t o t h e p o i n t o f t e s t i n g s e r i e s v e r s u s p a r a l l e l c i r c u i t s o r m a k i n g u p fi v e o f t h e i r o w n t e s t s . B u t w e c o u l d n ’ t a f f o r d t h e t i m e o f a n a d d i t i o n a l d a y . T h e r e a l s o w a s n ’ t t i m e t o d r a w a n d l a b e l t h e s o l a r c e l l a t t h e e n d o f t h e h o u r . S o I a s s i g n e d t h e m t o m a k e a l a b e l e d d r a w i n g o f t h e i r c e l l a t h o m e f r o m t h e l a b d i s c u s s i o n s h e e t . T h e y w e r e t o d o t h e d r a w i n g b e f o r e a t t e m p t i n g t o a n s w e r t h e p o s t l a b q u e s t i o n s . 3 7 3 A P P E N D I X V H B U I L D I N G A P H O T O V O L T A I C C E L L P O S T - L A B Q U E S T I O N S T h e s e q u e s t i o n s a r e m e a n t t o a c c o m p a n y a d i s c u s s i o n h a n d o u t w h i c h c a m e w i t h t h e F l i n n k i t . 8 . W h y a r e s o l i d - s t a t e s o l a r c e l l s s o e x p e n s i v e ? 9 . W h a t i s s o g r e a t a b o u t d y e - s e n s i t i z e d s o l a r c e l l s ? 1 0 . C o n s i d e r i n g t h e a n o d e , w h i c h w a s c o a t e d w i t h n a n o c r y s t a l l i n e t i t a n i u m o x i d e a n d l a t e r d y e d w i t h h i b i s c u s , a ) W h a t w a v e l e n g t h s d o e s u n d y e d t i t a n i u m o x i d e a b s o r b ? b ) W h a t w a v e l e n g t h s d o e s i t a b s o r b a f t e r b e i n g d y e d ? c ) W h a t w a s t h e r e a s o n f o r u s i n g a n a n o c r y s t a l l i n e f o r m o f T i O 2 ? 1 1 . T h e f u n c t i o n i n g o f t h e d y e - s e n s i t i z e d s o l a r c e l l i s s i m i l a r t o t h e f u n c t i o n i n g o f w h i c h b i o l o g i c a l p r o c e s s ? 1 2 . W h y d o l e a v e s l o o k r e d a n d o r a n g e i n t h e f a l l ? 3 7 4 1 3 . I n t h e p h o t o v o l t a i c c e l l t h a t w e m a d e , w h a t i s t h e f u n c t i o n o f t h e a ) d y e ? b ) t i t a n i u m o x i d e ( a n o d e ) ? c ) i o d i n e / p o t a s s i u m i o d i d e e l e c t r o l y t e ? d ) g r a p h i t e c a t h o d e ? 1 4 . W h a t c a u s e s t h e e l e c t r o n s t o fl o w f r o m t h e a n o d e t o t h e c a t h o d e t h r o u g h t h e v o l t m e t e r ( o r s o m e e x t e r n a l c i r c u i t t h a t w o u l d p o w e r y o u r l i g h t s ) ? T H I N K O F W H A T W E L E A R N E D I N T H I S C H A P T E R . 3 7 5 T E A C H E R ’ S K E Y F O R B U I L D I N G A P H O T O V O L T A I C C E L L P O S T - L A B Q U E S T I O N S 1 . W h y a r e s o l i d - s t a t e s o l a r c e l l s s o e x p e n s i v e ? T h e y r e q u i r e l a r g e , h i g h p u r i t y s i l i c o n c r y s t a l s f o r g r e a t e s t e f fi c i e n c y . T h e s e c r y s t a l s a r e v e r y e x p e n s i v e , b o t h t h e r a w m a t e r i a l s a n d t h e m a n u f a c t u r e . 2 . W h a t i s s o g r e a t a b o u t d y e - s e n s i t i z e d s o l a r c e l l s ? T h e t w o f u n c t i o n s o f l i g h t a b s o r p t i o n a n d e l e c t r o n t r a n s f e r a n d s e p a r a t e , s o c a n b e e n g i n e e r e d f o r m a x i m u m e f fi c i e n c y s e p a r a t e l y . 3 . C o n s i d e r i n g t h e a n o d e , w h i c h w a s c o a t e d w i t h n a n o c r y s t a l l i n e t i t a n i u m o x i d e a n d l a t e r d y e d w i t h h i b i s c u s , a . W h a t w a v e l e n g t h s d o e s u n d y e d t i t a n i u m o x i d e a b s o r b ? U l t r a v i o l e t b . W h a t w a v e l e n g t h s d o e s i t a b s o r b a f t e r b e i n g d y e d ? V i s i b l e c . W h a t w a s t h e r e a s o n f o r u s i n g a n a n o c r y s t a l l i n e f o r m o f T i O 2 ? I t p r o v i d e s m o r e s u r f a c e a r e a s o m o r e l i g h t i s a b s o r b e d . 4 . T h e f u n c t i o n i n g o f t h e d y e - s e n s i t i z e d s o l a r c e l l i s s i m i l a r t o t h e f u n c t i o n i n g o f w h i c h b i o l o g i c a l p r o c e s s ? I t i s s i m i l a r t o t h e w a y c h l o r o p h y l l m a k e s u s e o f l i g h t i n p h o t o s y n t h e s i s . 5 . W h y d o l e a v e s l o o k r e d a n d o r a n g e i n t h e f a l l ? T h o s e p i g m e n t s a r e a l w a y s t h e r e , b u t a r e n o r m a l l y m a s k e d b y t h e g r e e n c o l o r o f c h l o r o p h y l l . I n t h e f a l l w h e n t h e c h l o r o p h y l l i s i n a c t i v a t e d y o u c a n s e e t h r o u g h i t t o t h e o r a n g e a n d r e d . 3 7 6 6 . I n t h e p h o t o v o l t a i c c e l l t h a t w e m a d e , w h a t i s t h e f u n c t i o n o f t h e a . d y e ? I t a b s o r b s v i s i b l e l i g h t a n d e l e c t r o n s i n t h e a t o m s o f d y e a r e p r o m o t e d f r o m t h e g r o u n d l e v e l t o a h i g h e r e n e r g y l e v e l . b . t i t a n i u m o x i d e ( a n o d e ) ? I t o x i d i z e s t h e d y e ( t a k e s a n e l e c t r o n a w a y f r o m i t ) . c . i o d i n e / p o t a s s i u m i o d i d e e l e c t r o l y t e ? I t i s a r e d o x c a t a l y s t . T h e i o d i d e a n i o n d o n a t e s e l e c t r o n s t o t h e d y e . d . g r a p h i t e c a t h o d e ? T h e g r a p h i t e r e d u c e s 1 2 t o I ' b y u s i n g t h e e l e c t o n s t r a v e l i n g t o i t f r o m t h e a n o d e . 7 . W h a t c a u s e s t h e e l e c t r o n s t o fl o w fi ' o m t h e a n o d e t o t h e c a t h o d e t h r o u g h t h e v o l t m e t e r ( o r s o m e e x t e r n a l c i r c u i t t h a t w o u l d p o w e r y o u r l i g h t s ) ? T H I N K O F W H A T W E L E A R N E D I N T H I S C H A P T E R . T h e p o t e n t i a l d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e t i t a n i u m o x i d e a n d t h e g r a p h i t e c a u s e s t h e m o v e m e n t o f e l e c t r o n s . 3 7 7 B I B L I O G R A P H Y C h r i s t e n s e n , M a r v i n “ C r i t i c a l I s s u e : P r o v i d i n g H a n d s - O n , M i n d s - O n , a n d A u t h e n t i c L e a r n i n g E x p e r i e n c e s i n S c i e n c e ” , N o r t h C e n t r a l R e g i o n a l E d u c a t i o n a l L a b o r a t o r y ( P o s t e d 1 9 9 5 ) C h u r c h , J o k Y o u C a n W i t h B e a k m a n , S c i e n c e S t u f f Y o u C a n D o . K a n s a s C i t y : U n i v e r s a l P r e s s S y n d i c a t e , 1 9 9 2 . C o r p u z , E d g a r G . , a n d N . R e b e l l o “ H a n d s - O n a n d M i n d s - O n M o d e l i n g A c t i v i t i e s t o I m p r o v e S t u d e n t s ’ C o n c e p t i o n s o f M i c r o s c o p i c F r i c t i o n ” , U n i v e r s i t y o f T e x a s P a n - A m a n d K a n s a s S t a t e U n i v e r s i t y ( F o u n d o n w e b J u n e 2 0 0 8 ) C r a w f o r d , B a r b a r a A . “ E m b r a c i n g t h e E s s e n c e o f I n q u i r y : N e w R o l e s f o r S c i e n c e T e a c h e r s ” . J o u r n a l o f R e s e a r c h i n S c i e n c e T e a c h i n g v o l . 3 7 , n o . 9 ( 2 0 0 0 ) : 9 1 6 - 9 3 7 . D a r b y , L i n d a “ R e a l S c i e n c e a n d S c h o o l S c i e n c e : E n d l e s s W o n d e r V e r s u s t h e D r i v e t o E x p l o r e ” . w w w . a a r e . e d u . a u / 0 1 p a p / d a r 0 1 5 4 6 . h t m ( F o u n d o n w e b J u l y 2 0 0 7 ) D u f f y , V i n c e n t “ G r a n h o l m T r a v e l s t o T o u t A l t e r n a t i v e E n e r g y P l a n ” B r i g h t o n , M I ( J u n e 2 0 0 8 ) M i c h i g a n R a d i o . F l i n n , C h e s t e r E . J r . “ T h i n g s a r e F a l l i n g A p a r t : C a n t h e C e n t e r F i n d a S o l u t i o n T h a t W i l l H o l d ? ” E d u c a t i o n N e x t v o l . 6 , n o . 1 ( W i n t e r 2 0 0 6 ) F r i e d m a n , T h o m a s L . T h e W o r l d i s F l a t : A B r i e f H i s t o r y o f t h e T w e n t y F i r s t C e n t u r y . 1 S t u p d a t e d a n d e x p a n d e d e d . N e w Y o r k : F a r r a r , S t r a u s a n d G i r o u x , 2 0 0 6 G r e e n e , J a y P . “ A ‘ C o m p r e h e n s i v e ’ P r o b l e m : T h e D i s c o n n e c t B e t w e e n F a n t a s y a n d R e a l i t y . ” E d u c a t i o n N e x t v o l . 6 , n o . 1 ( W i n t e r 2 0 0 6 ) G r e e n h o u s e , S t e v e n “ T h e C o m i n g C r i s i s i f t h e A m e r i c a n W o r k F o r c e ” n y t i m e s . c o m ( J u n e 1 9 9 2 ) . H a d z i b e g o v i c , Z a l k i d a “ A N e e d f o r E n h a n c i n g E n v i r o n m e n t a l C o n t e x t i n P h y s i c s E d u c a t i o n a t B o s n i a n U n i v e r s i t i e s : Q u e s t i o n n a i r e S t u d y , ” S i x t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o f t h e B a l k a n P h y s i c a l U n i o n , A m e r i c a n I n s t i t u t e o f P h y s i c s , 2 0 0 7 , 4 9 5 - 4 9 6 . H a y e s , D . , M . M i l l s , P . C h r i s t i e a n d B . L o n g a r d T e a c h e r s a n d S c h o o l i n g M a k i n g a D i f f e r e n c e : P r o d u c t i v e P e d a g o g ' e s : A s s e s s m e n t a n d P e r f o r m a n c e . C r o w s N e s t , N . S . W . : A l l e n & U n w i n , 2 0 0 6 . I n d i a n a U n i v e r s i t y : w w w . p h y s i c s . i n d i a n a . e d u / ~ b r a b s o n / p 3 1 0 a d d . h t m l . ( J u n e 2 0 0 8 ) 3 7 8 K i r s c h n e r , P . A . , J . S w e l l e r a n d R . E . C l a r k “ W h y M i n i m a l G u i d a n c e D u r i n g I n s t r u c t i o n D o e s N o t W o r k : A n A n a l y s i s o f t h e F a i l u r e o f C o n s t r u c t i v i s t , D i s c o v e r y , P r o b l e m - B a s e d E x p e r i e n t i a l a n d I n q u i r y - B a s e d T e a c h i n g ” , E d u c a t i o n a l P s y c h o l o g i s t v o l . 4 2 , n o . 2 ( 2 0 0 6 ) : 7 5 - 8 6 . K u s h m a n , J a m e s W . “ I n t e g r a t i n g M i d d l e S c h o o l C u r r i c u l u m A r o u n d R e a l - W o r l d I s s u e s ” . N W R E L S c h o o l M o v e m e n t R e s e a r c h S e r i e s ( S I R S ) S n a p s h o t # 3 8 ( 2 0 0 7 ? ) L e v i n e , M e l T h e M y t h o f L a z i n e s s . N e w Y o r k : S i m o n & S c h u s t e r , 2 0 0 2 . M c D e r m o t t , L i l l i a n C . “ H o w W e T e a c h a n d H o w S t u d e n t s L e a r n — A M i s m a t c h ? ” . A m e r i c a n J o m p l o f P h y s i c s v o l . 6 1 , n o . 4 ( 1 9 9 3 ) M o r r i s o n , D o u g l a s R . 0 . “ R e v i e w o f C o n n e c t e d K n o w l e d g e : S c i e n c e , P h i l o s o p h y a n d E d u c a t i o n b y a l a n C r o m e r ” , S c i e n t i fi c A m e r i c a n ( N o v e m b e r 1 9 9 7 ) N a t i o n a l R e l o c a t i o n . c o m : w w w . n a t i o n a l r e l o c a t i o n . c o m / r e a l e s t a t e / M i c h i g a n / O w o s s o . a s p x ( O c t o b e r 2 0 0 7 ) N a t i o n a l R e s e a r c h C o u n c i l R e a d y , S e t . S c i e n c e ! P u t t i n g R e s e a r c h t o W o r m K - 1 2 S c i e n c e C l a s s r o o m s . W a s h i n g t o n , D C : N a t i o n a l A c a d e m i c s P r e s s , 2 0 0 8 . P e t e r s o n , P a u l E . “ H i g h S c h o o l H e a d a c h e ” . E d u c a t i o n N e x t v o l . 6 , n o . 1 ( W i n t e r 2 0 0 6 ) P l u t a , R i c k “ G r a n h o l m P l e d g e s t o K e e p P u s h i n g F o r J o b s ” S t . J o h n s , M i c h i g a n ( J u n e 2 0 0 8 ) M i c h i g a n P u b l i c R a d i o . R u b y , A l l e n “ H a n d s - o n S c i e n c e a n d S t u d e n t A c h i e v e m e n t ” , R A N D D i s s e r t a t i o n ( 2 0 0 1 ) S c h o o l M a t t e r s . c o m : w w w . s c h o o l m a t t e r s . c o m / a p p / s e a r c h / q / s t y p e = S M / s t i d = 2 3 / l l i d = l 1 8 / l o c n a m e = O w o s s o ( O c t o b e r 2 0 0 7 ) . S i l v e r r n a n , M . P . “ S e l f - d i r e c t e d L e a r n i n g : A H e r e t i c a l E x p e r i m e n t i n T e a c h i n g P h y s i c s ” . A m e r i c a n J o u m a l p f P h y s i c s v o l . 6 3 , n o . 6 ( J u n e 1 9 9 5 ) : 4 9 5 - 5 0 8 . T u r n e r , R o n n a C . , J e n n i f e r K i l l i a n , G r e g S a l a m o , P a u l C a l l e j a a n d M o r g a n W a r e “ I m p a c t o f I n q u i r y T r a i n i n g a n d S c i e n i s t k - 1 2 P a r t n e r s h i p s o n C l a s s r o o m P r a c t i c e s a n d T e a c h e r A t t i t u d e s ” , A n n u a l M e e t i n g o f t h e A m e r i c a n E d u c a t i o n R e s e a r c h A s s o c i a t i o n , A p r i l 2 0 0 7 . U m o r e n , G r a c e “ A S c i e n c e - T e c h n o l o g y — S o c i e t y P a r a d i g m a n d C r o s s R i v e r S t a t e S e c o n d a r y S c h o o l S t u d e n t s ’ S c i e n t i fi c L i t e r a c y : P r o b l e m S o l v i n g a n d D e c i s i o n M a k i n g ” , E d i fl t i o n a l R e s g a r c h a n d R e v i e w v o l . 2 , N o . 4 ( 2 0 0 7 ) : 8 2 - 9 1 . W i l g o r e n , J o d i “ H e l p C o m e s t o a R i o t - S t r i c k e n C i t y , b u t I t s P r o b l e m s R e m a i n ” n y t i m e s . c o m ( A u g u s t 2 0 0 3 ) . 3 7 9 Z y n g i e r , D a v i d “ ( R e ) c o n c e p t u a l i s i n g C o n n e c t e d n e s s a s a P e d a g o g y o f E n g a g e m e n t ” S y m p o s i u m 6 0 Z Y N 0 6 8 6 4 E n g a g e d P e d a g o g y i s a R i s k y B u s i n e s s ! ( F o u n d p o s t e d o n w e b J u l y 2 0 0 7 ) 3 8 0 I ~ A . ( 1 ‘ . A M G M ~ o i : E ‘ m e w m m e m o