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1 Informationen fürlehrkräfte ForscherWelt Alles ENERGIE

2 Impressum Herausgeber EVN AG EVN Platz 244 Maria Enzersdorf Autorin Prof. PD Dr. Hildegard Urban-Woldron, Pädagogische Hochschule Niederösterreich Illustrationen Rainer Osinger Grafische Gestaltung Barbara Ployer, EVN AG werbeagentur irlacher og Lektorat Mag. Gudrun Likar Copyright und Verlag EVN AG Auflage, September 204 Bestellung EVN AG Schulservice Telefonnummer: Homepage:

3 Vorwort Sehr geehrte Lehrerinnen, sehr geehrte Lehrer! Seit vielen Jahren bringt die EVN Kindern und Jugendlichen in Niederösterreich auf spielerische Weise das Thema Energie in all seinen Facetten näher der sichere und bewusste Umgang mit Strom steht dabei im Mittelpunkt. Es ist ein Gebot unserer Zeit, Kindern so früh wie möglich vor Augen zu führen, selbstverantwortlich zu handeln. Strom birgt einerseits Gefahren quellen in sich, Energie ist aber auch ein hervorragendes Beispiel, um Kindern den Umgang mit knappen Ressourcen näher zubringen ein besonders wichtiger Beitrag in einer Zeit, in der oft vermittelt wird, dass nahezu alles im Überfluss vorhanden ist. Dipl.-Ing. Dr. Peter Layr Vorstandssprecher EVN AG Kinder sind im Alltag von elektrischen Geräten umgeben und gehen mit Elektrizität ganz selbstverständlich um, obwohl für sie die Wirkungsweise des elektrischen Stroms nicht vollständig begreifbar ist. Bei der Aufbereitung der Unterrichtsmaterialien wurde daher darauf geachtet, für Kinder verständliche und kognitiv aktivierende Lernsituationen zu gestalten, die den Erwerb fundierten Grundwissens zum Thema Elektrizität ermöglichen. Die 25 e aus diesem Forscherheft ermutigen die Schülerinnen und Schüler auf spielerische Weise, die erforschten physikalischen Phänomene zu erfassen und ihren Bezug zum Alltag herzustellen. Mit unserem Unternehmensmotto Energie vernünftig nutzen möchten wir die Jüngsten in unserer Gesellschaft sicher durch ihre Kindheit und Jugend begleiten. Ich wünsche Ihnen und Ihren Schülerinnen und Schülern anregende Stunden und viel Spaß beim forschenden Lernen. Ihr Peter Layr

4 Inhalt Elektrische Kräfte. Zauberkraft 6.2 Salz und Pfeffer trennen 8. Klebender Luftballon 0.4 Ferngesteuerte Strohhalme 2 2 Was Strom alles kann 2. Strom macht Licht Strom macht Wärme 6 2. Strom macht Bewegung Strom macht Ton Strom macht Bilder Strom macht magnetisch 24 Stromkreis. Was braucht ein Lämpchen zum Leuchten? 26.2 Bringe das Lämpchen zum Leuchten! 28. Die Lücke im Stromkreis 0.4 Wie ist ein Elektrokabel aufgebaut? 2.5 Wir bauen einen Schalter 4 4 Strom erzeugen und übertragen 4. Strom erzeugen Wie entsteht Strom? 8 4. Strom übertragen 40 5 a Strom aus erneuerbaren Energiequellen 5. Wasserkraft Windkraft Sonnenkraft 46 5 b Strom aus nicht erneuerbaren Energiequellen 5.4 Wärmekraftwerk Erdöl, Erdgas, Kohle Wie lange noch? Wie lagern Erdöl und Erdgas in der Erde? Ruß ein unerwünschtes Verbrennungsprodukt 54 Lösungen 56 Arbeitsblätter 60

5 Einleitung Sehr geehrte Lehrerinnen, sehr geehrte Lehrer! In diesem Heft erhalten Sie Informationen zu theoretischen Grundlagen und Zusammenhängen der 25 e aus der EVN Forscherwelt Alles Energie!. Zu jedem der 25 e gibt es eine Forscherkarte mit der jeweiligen Aufgabenstellung auf der Vorderseite. Auf der Rückseite befinden sich Hinweise zur Lösung der Aufgabe, eine Zusammenfassung des Lerninhalts sowie ein Bezug zu technischen Anwendungen. Das Forscherheft enthält Arbeitsblätter zu allen 25 en sowie Rätsel, die in besonderer Weise das forschende Lernen unterstützen und die Lernerfahrungen festigen. Der Schwierigkeitsgrad der Arbeitsblätter steigert sich mit jedem weiteren Kapitel. Die Unterrichtsmaterialien sind in sechs Bereiche gegliedert. Anhand von vier en aus dem Bereich Elektrische Kräfte erfahren und untersuchen die Kinder Phänomene zur statischen Elektrizität. Die sechs e aus dem Bereich 2 Was Strom alles kann bieten den Kindern ausgiebig die Möglichkeit zur selbstständigen Erforschung der Wirkungen des elektrischen Stroms. Weitere fünf e aus dem Bereich Stromkreis ermöglichen den Kindern das Erforschen der Anschlussbedingungen und Voraussetzungen für das Fließen von elektrischem Strom. Mit den drei en aus dem Bereich 4 Strom erzeugen und übertragen bekommen die Kinder erste Einblicke in den Aufbau und die Funktionsweise von Spannungsquellen. Im Bereich 5 a Strom aus erneuerbaren Energiequellen setzen sich die Schülerinnen und Schüler in drei en damit auseinander, wie fließendes Wasser, Wind und Sonnenlicht Strom erzeugen. Die vier e aus dem Bereich 5 b Strom aus nicht erneuerbaren Energiequellen zeigen die Funktionsweise von Wärmekraftwerken und vor allem die begrenzte Verfügbarkeit der Primärenergieträger auf. Wichtige Hinweise Beim Umgang mit den Akkus ist darauf zu achten, dass sie nie kurzgeschlossen werden. Einerseits kann es dabei zu sehr starker Erhitzung und selten auch zu Funkenbildung kommen. Andererseits können sich die Akkus sehr schnell entladen. Laden Sie am Vortag Ihres Forscherunterrichts alle 2 Akkus im Ladegerät auf. Das Gerät entlädt die Akkus zuerst und lädt sie anschließend wieder auf, um eine optimale Leistung und Lebensdauer der Akkus zu gewährleisten. Der Ladeprozess kann bis zu acht Stunden in Anspruch nehmen. Das ieren und der Umgang mit elektrischem Strom sind gefährlich. Wenn auch der Umgang mit den hier beschriebenen en bei Spannungen von maximal 4,5 Volt keinerlei Gefahr für die Kinder mit sich bringt, soll die Lehrperson dennoch auf die Gefahren im Umgang mit elektrischem Strom im Alltag hinweisen, damit die Kinder dafür sensibilisiert werden. 5

6 Elektrische Kräfte Fachdidaktische Hinweise Die vier e zum Thema Elektrische Kräfte eignen sich sehr gut für einen Stationenbetrieb. Dabei können alle Kinder sämtliche vier Stationen durchlaufen; das muss aber nicht sein. Es genügt, wenn jede Gruppe nur an einer Station arbeitet und dann die Experten für jede Station im Plenum die Möglichkeit bekommen, ihr vorzustellen. Die Lehrperson regt dann die Kinder an, die Gemeinsamkeiten aller Stationen herauszuarbeiten. Die Anregungen unter Punkt 5 können vielleicht als Hausübung bearbeitet und dann eventuell in der Klasse vorgestellt werden.. Zauberkraft Elektrische Kräfte Zauberkraft 0 Minuten Elektrische Kräfte Zauberkraft So wirdes gemacht Zauberkraft Joulius möchte bei einer Geburtstagsparty als Zauberer auftreten. Er wird dort Seidenpapier hochziehen, ohne es zu berühren.. Reibe das Lineal gründlich mit dem Tuch. 2. Halte es dann über die Seidenpapierstreifen. Wie macht er das? Du brauchst: Plastiklineal Tuch Seidenpapierstreifen Durch Reiben kann ein Plastiklineal elektrostatisch aufgeladen werden. Es zieht dadurch Papier an. Kennst dudas? Was sollen die Kinder lernen? Was sollten die Kinder schon wissen? 2 Kinder sollen elektrostatische Phänomene mit Hilfe eines geriebenen Lineals und Seidenpapierstückchen selbst entdecken und damit eine Problemaufgabe lösen. Damit sollen sie durch die eigene Erfahrung mit elektrostatischen Phänomenen ein tieferes Verständnis von Elektrizität entwickeln. Alle Stoffe bestehen aus zwei Sorten von Teilchen, nämlich positiven und negativen. Durch Reibung können Ladungen auf andere Körper übertragen werden. Für dieses sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich. 6

7 Zauberkraft. Was wird benötigt? Plastiklineal oder Plastiklöffel Tuch zum Reiben Seidenpapierstreifen Wie kann man vorgehen? Wie könnte es weitergehen? 4 5 Die Kinder reiben das Lineal am Tuch, an einem Wollpullover oder an den Haaren und halten es dann über die Seidenpapierstreifen. Im Unterrichtsgespräch soll eine Klärung stattfinden: Durch das Reiben wird das Lineal elektrostatisch aufgeladen. Es nimmt zusätzlich negative Ladungen auf und zieht die leichten Seidenpapierstreifen an. Ermutigen Sie die Kinder, den Sachverhalt auf der Teilchenebene selbst durch Zeichnungen zu veranschaulichen. Regen Sie die Kinder zum weiteren ieren und zu vertiefenden Untersuchungen an: Kinder untersuchen, wie sich das geriebene Lineal verhält, wenn sie es über kleine Styroporkügelchen oder eine Mischung aus Pfeffer und Reis halten. Kinder finden heraus, ob auch Gegenstände aus anderen Materialien angezogen werden, wie z. B. Zahnstocher aus Holz, Reißnägel oder Büroklammern. Darüber hinaus finden sie Erklärungen für ihre Versuchsergebnisse. Fachlicher Hintergrund In unserem passiert Folgendes: Durch Reiben mit einem Tuch wird das Plastiklineal elektrostatisch aufgeladen, d. h. es sammeln sich negative Ladungen auf dem Plastiklineal an. Man kennt das beispielsweise, wenn man mit Schuhen mit Gummisohlen über einen Teppich läuft. In dem Fall lädt man sich elektrostatisch auf und bemerkt dies, wenn man eine Türklinke anfasst und dabei einen elektrischen Schlag bekommt manchmal kann man sogar kleine Blitze sehen. Die Seidenpapierstückchen selbst sind zwar nicht elektrisch geladen (man sagt: sie sind elektrisch neutral), aber auch sie enthalten elektrische Ladungen. Es gibt zwei Sorten elektrischer Ladungen: positive und negative. Bei einem elektrisch neutralen Gegenstand gibt es von beiden Sorten genau gleich viele. Positive und negative Ladungen ziehen sich dabei gegenseitig an, während sich zwei positive Ladungen gegenseitig abstoßen dies gilt auch für zwei negative Ladungen. Das Plastiklineal wurde durch das Reiben elektrisch negativ geladen. Bringt man es in die Nähe der Seidenpapierstreifen, richten sich die positiven Ladungen im Seidenpapier zu den negativen Ladungen im Plastiklineal aus. Sie werden von dem Plastiklineal angezogen. Die positiven Ladungen im Seidenpapier möchten unbedingt näher an das negativ geladene Plastik lineal heran. Da die Seidenpapierstreifen leicht sind, springen sie nach oben zum Lineal. 7

8 Elektrische Kräfte.2 Salz und Pfeffer trennen 2 Elektrische Kräfte Salz und Pfeffer trennen 0 Minuten 2 Elektrische Kräfte Salz und Pfeffer trennen So wirdes gemacht Salz und Pfeff trennen Bei Joulius in der Küche sind Salz und Pfeffer durcheinandergeraten. Er möchte für sein Frühstücksei aber nur das Salz haben.. Vermische etwas Salz und Pfeffer auf dem Teller. 2. Reibe den Löffel gründlich mit dem Tuch.. Halte den Löffel über die Salz-Pfeffer-Mischung. Wie kann er Salz von Pfeffer trennen? Du brauchst: Salz Pfeffer Teller Plastiklöffel Tuch Mit einem elektrostatisch aufgeladenen Löffel kann man Pfeffer von Salz trennen. Kennst dudas? Was sollen die Kinder lernen? Was sollten die Kinder schon wissen? 2 Phänomene der statischen Elektrizität sind den Kindern meist schon aus dem Alltag bekannt: Beim Öffnen einer Tür kann man einen elektrischen Schlag bekommen, oder Staub wird von einem Computerbildschirm angezogen. Bei diesem sollen die Kinder erleben, dass man einen Plastiklöffel durch Reiben mit einem Tuch elektrisch aufl aden kann. Mit dem geladenen Plastikgegenstand kann man leichte Gegenstände, wie etwa Pfefferteilchen, anziehen. Für dieses sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich. Was wird benötigt? Salz Pfeffer Plastiklöffel Tuch zum Reiben Teller 8

9 Salz und Pfeffer trennen.2 Wie kann man vorgehen? Wie könnte es weitergehen? 4 5 Das eignet sich gut als Schülerexperiment. Zu beachten ist, dass die Kinder den Plastiklöffel nicht an der geriebenen Stelle anfassen. a) Ermutigen Sie die Kinder, den Sachverhalt auf der Teilchenebene selbst durch Zeichnungen zu veranschaulichen. b) Regen Sie die Kinder zu weiteren Fragen und deren Beantwortung im an: Funktioniert der Versuch auch mit anderen Gegenständen (z. B. Metalllöffel, Holzlöffel, Luftballon, Plastiklineal, Holzlineal )? Wie groß darf der Abstand der Pfefferteilchen zum geriebenen Plastiklöffel maximal sein? Kann man mit einem größeren Plastiklöffel mehr Pfefferteilchen anziehen? Fachlicher Hintergrund Am Anfang sind sowohl auf dem Plastiklöffel als auch auf dem Tuch immer gleich viele positive und negative Teilchen vorhanden. Wenn der Plastiklöffel oder ein anderer Kunststoffgegenstand mit einem Tuch gerieben wird, enthält er vom Tuch zusätzliche negative Teilchen und ist damit negativ aufgeladen. Salz- und Pfefferteilchen enthalten auch gleich viele positive und negative Teilchen. Die positiven Teilchen der Salz- und Pfefferkörner werden vom negativ geladenen Plastiklöffel angezogen. Aber nur die Pfefferteilchen sind leicht genug, dass sie nach oben zum Löffel springen können. 9

10 Elektrische Kräfte. Klebender Luftballon Klebender Elektrische Kräfte Klebender Luftballon Luftba on Dass Luftballone fliegen, weiß jeder. Joulius hat aber einen Luftballon gesehen, der einfach an der Wand geklebt ist. 0 Minuten Elektrische Kräfte Klebender Luftballon. Blase den Luftballon auf. 2. Reibe den aufgeblasenen Luftballon gründlich mit dem Tuch.. Berühre mit dem Luftballon eine glatte Wand. So wirdes gemacht Schaffst du es, einen Luftballon ohne Kleber an die Wand zu kleben? Du brauchst: Luftballon Tuch Ein elektrostatisch aufgeladener Luftballon wird von der Wand angezogen. Kennst dudas? Was sollen die Kinder lernen? Was sollten die Kinder schon wissen? 2 Kinder sollen elektrostatische Phänomene mit Hilfe eines geriebenen Luftballons selbst entdecken und damit eine Problemaufgabe lösen, nämlich den Luftballon an die Wand kleben. Damit sollen sie durch die eigene Erfahrung mit elektrostatischen Phänomenen ein tieferes Verständnis von Elektrizität entwickeln. Alle Stoffe bestehen aus zwei Sorten von Teilchen, nämlich positiven und negativen. Durch Reibung können Ladungen auf andere Körper übertragen werden. Für dieses sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich. Was wird benötigt? Luftballon Tuch 0

11 Klebender Luftballon. Wie kann man vorgehen? Wie könnte es weitergehen? 4 5 Die Kinder reiben den aufgeblasenen Luftballon am Tuch, an einem Wollpullover oder an den Haaren und halten ihn dann an die Wand. Er bleibt haften. Im Unterrichtsgespräch soll eine Klärung stattfinden: Durch das Reiben wird der Luftballon elektrostatisch aufgeladen. Er nimmt zusätzlich negative Ladungen auf und verdrängt die negativen Teilchen in der Wand. Ermutigen Sie die Kinder, den Sachverhalt auf der Teilchenebene selbst durch Zeichnungen zu veranschaulichen. Regen Sie die Kinder zum weiteren ieren und zu vertiefenden Untersuchungen an: Kinder untersuchen, wie sich der geriebene Luftballon verhält, wenn sie ihn über kleine Styroporkügelchen oder eine Mischung aus Pfeffer und Reis halten. Kinder finden heraus, ob auch Gegenstände aus anderen Materialien angezogen werden, wie z. B. Zahnstocher aus Holz, Reißnägel oder Büroklammern. Darüber hinaus finden sie Erklärungen für ihre Versuchsergebnisse. Fachlicher Hintergrund In unserem passiert Folgendes: Durch Reiben mit einem Tuch wird der Luftballon elektrostatisch aufgeladen, d. h. es sammeln sich negative Ladungen auf dem Luftballon an. In der Mauer befinden sich gleich viele positive und negative Teilchen. Der geladene Luftballon verdrängt die negativen Teilchen ein bisschen und wird von den positiven Teilchen angezogen. Quelle:

12 Elektrische Kräfte.4 Ferngesteuerte Strohhalme 4 Elektrische Kräfte Ferngesteuerte Strohhalme 5 Minuten 4 Elektrische Kräfte Ferngesteuerte Strohhalme So wirdes gemacht Ferngesteu te Mache es Joulius nach. Du brauchst: 4 Strohhalme Tuch Strohhalme Joulius hat herausgefunden, wie man Strohhalme ohne Berührung bewegen kann.. Lege zwei Strohhalme wie zwei Gleise nebeneinander auf den Tisch. 2. Reibe einen dritten Strohhalm mit dem Tuch und lege ihn quer auf die anderen zwei.. Reibe nun auch den vierten Strohhalm mit dem Tuch. 4. Bewege den vierten Strohhalm in die Nähe des dritten. Elektrostatisch aufgeladene Strohhalme stoßen einander ab. Kennst dudas? Was sollen die Kinder lernen? Was sollten die Kinder schon wissen? 2 Die Kinder können erklären, warum sich ein geriebener Strohhalm bewegt, wenn sie einen weiteren geriebenen Strohhalm in die Nähe bringen. Für dieses sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich. Was wird benötigt? 4 Strohhalme Tuch 2

13 Ferngesteuerte Strohhalme.4 Wie kann man vorgehen? Wie könnte es weitergehen? 4 5 Zuerst führen die Kinder das nach Anleitung bzw. mit Hilfe der Zeichnung auf der Forscherkarte durch. Wichtig wäre die anschließende ausführliche Besprechung der Beo b- achtungen und möglichen Erklärungen durch die Lehrkraft. Der Fokus sollte auf dem Anstellen von Vermutungen liegen, noch bevor der zweite geriebene Strohhalm genähert wird und die Kinder das Ergebnis sehen. Besonderes Augenmerk sollte auf die kindgerechte Erklärung bzw. Begründung des Versuchsergebnisses gelegt werden. Ermutigen Sie die Kinder, den Sachverhalt auf der Teilchenebene selbst durch Zeichnungen zu veranschaulichen oder eine Geschichte dazu zu schreiben. Regen Sie die Kinder zu weiteren en an: Kinder probieren, ob sie den Strohhalm auch bergauf bewegen können. Kinder untersuchen, ob das auch mit leeren Plastikflaschen funktioniert. Kinder finden heraus, ob sie anstelle der Strohhalme auch leere Getränkedosen verwenden können. Fachlicher Hintergrund Zwei in gleicher Weise mit einem Tuch aufgeladene Strohhalme stoßen einander ab. Sie haben beide durch das Reiben einen Überschuss an negativen Teilchen.

14 2 Was Strom alles kann Fachdidaktische Hinweise Die sechs e zum Thema Was Strom alles kann beschäftigen sich mit den Anwendungen der elektrischen Energie und den Umwandlungen von elektrischer Energie in andere Energieformen, wie z. B. Licht, Wärme, Bewegungsenergie und magnetische Energie. Während bei den en und 2 kindgerechte Erklärungen möglich sind, müssen die weiteren vier e auf der Ebene der Erfahrung und Beobachtung bleiben. Empfohlen wird die Durchführung der e im arbeitsteiligen Gruppenunterricht. Je nach Klassengröße arbeiten drei oder vier Gruppen an jeweils einem und stellen dieses dann im Plenum vor oder bearbeiten es im Sinne von Peer Tutoring mit den Kindern der anderen Gruppen. Alternativ lassen sich die einzelnen e auch als singuläre ierstation in einem Stationenbetrieb durchführen. Weniger günstig erscheint die gleichzeitige Durchführung aller e in einem einzigen Stationenbetrieb, da aufgrund der vielen neuen Informationen eine adäquate Verarbeitungstiefe nicht erreichbar ist. Hinweis zu weiteren EVN-Materialien: Besonders gut lassen sich die hier vorgestellten e mit dem Heft Alles Energie!. und 2. Schulstufe (S. 2 5) verbinden. 2. Strom macht Licht Strom macht Licht Finde es heraus. Du brauchst: Ampelmodell Rotes, grünes und gelbes Lämpchen Was Strom alles kann Strom macht Licht Verkehrsampeln machen unser Leben sicher, weiß Joulius. Aber wie funktionieren sie eigentlich? 6 Kabel Akkuhülle Akkus 5 Minuten. Verbinde das grüne Lämpchen durch ein Kabel mit einem Pol der Akkuhülle. 2. Verbinde den Schalter des grünen Lämpchens durch ein zweites Kabel mit dem anderen Pol der Akkuhülle.. Verbinde in gleicher Weise das gelbe und rote Lämpchen mit der Akkuhülle. 4. Teste, wie das Ampelmodell funktioniert. Elektrischer Strom bringt ein Lämpchen zum Leuchten. Was Strom alles kann Strom macht Licht Kennst dudas? So wirdes gemacht Was sollen die Kinder lernen? Was sollten die Kinder schon wissen? 2 Kinder wenden ihr Wissen zu Stromkreisen mit Lämpchen und Schaltern an. Für dieses sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich. 4

15 Strom macht Licht 2. Was wird benötigt? Ampelmodell Lämpchen (rot, gelb, grün) Akkuhülle Akkus 6 Kabel Wie kann man vorgehen? Wie könnte es weitergehen? 4 5 Die Kinder werden angeregt, die einzelnen Lämpchen beim Ampelmodell zum Leuchten zu bringen und zu untersuchen, wie das Ampelmodell funktioniert. Ermutigen Sie die Kinder, einen kleinen Aufsatz zum Aufbau und zur Funktionsweise des Ampelmodells zu schreiben. Regen Sie, für den Fall, dass das Ampelmodell nicht wie erwartet funktioniert, die Kinder an, darüber nachzudenken, wo der Fehler liegen könnte. Fachlicher Hintergrund Um ein Lämpchen zum Leuchten zu bringen, braucht man einen geschlossenen Stromkreis. Mit einem Schalter kann man ein Lämpchen ein- oder ausschalten. 5

16 2 Was Strom alles kann 2.2 Strom macht Wärme Du brauchst: Glas 2 Strom macht Draht Wärme Wachsplättchen Was Strom alles kann Strom macht Wärme Joulius macht sich einen knusprigen Toast zum Frühstück. Warum wird der Toaster eigentlich heiß, fragt er sich. Kannst du es herausfinden, ohne dir die Finger zu verbrennen? Gummiring Akkuhülle Akkus 5 Minuten 2. Spanne den Draht über das Glas und fixiere ihn mit dem Gummiring. 2. Befestige zwei Wachsplättchen am Draht.. Wickle beide Enden des Drahts um die zwei Pole der Akkuhülle. 4. Beobachte, was mit dem Wachs passiert. Elektrischer Strom macht einen Metalldraht heiß. Was Strom alles kann Strom macht Wärme Kennst dudas? So wirdes gemacht Was sollen die Kinder lernen? Was sollten die Kinder schon wissen? 2 Kinder erfahren die Wärmewirkung des elektrischen Stroms, die in besonderen Fällen auch gefährlich sein kann. Für dieses sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich. Was wird benötigt? Glas Draht Wachsplättchen Gummiring Akkuhülle Akkus 6

17 Strom macht Wärme 2.2 Wie kann man vorgehen? Wie könnte es weitergehen? 4 5 VORSICHT! Die Kinder könnten sich bei diesem Versuch verbrennen, wenn sie den blanken Draht angreifen. Der Draht wird so heiß, dass das Wachs schmilzt. Erarbeiten Sie mit den Kindern, dass ein Draht, durch den Elektrizität fließt, sehr heiß werden kann. Ermutigen Sie die Kinder, ihre Beobachtungen und Erklärungen zu verbalisieren und zu verschriftlichen. Regen Sie die Kinder dazu an, aufzuschreiben, welche Geräte im Haushalt oder im Alltag Wärme erzeugen und woran sie das erkennen können. Fachlicher Hintergrund Elektrischer Strom kann Wärme erzeugen und Gegenstände zum Brennen bringen. 7

18 2 Was Strom alles kann 2. Strom macht Bewegung Was Strom alles kann Strom macht Bewegung 5 Minuten Was Strom alles kann Strom macht Bewegung So wirdes gemacht Strom macht Bewegung Joulius mag Autos, die mit elektrischem Strom fahren. Sie sind leise und erzeugen keine Abgase. Probiere aus, wie man aus Strom Bewegung machen kann. Du brauchst: Elektroauto-Modell Verbindungskabel Stromgenerator Akku. Verbinde den Stromgenerator mit Hilfe des Verbindungskabels mit dem Auto. 2. Kurble am Stromgenerator.. Beobachte, wie sich das Auto bewegt. 4. Stecke die Kabelenden aus und lege einen Akku in das Auto hinein. 5. Wie bewegt sich das Auto? 6. Untersuche, aus welchen Teilen das Auto besteht. Was macht der Elektromotor? Wenn Strom einen Elektromotor antreibt, entsteht Bewegung. Kennst dudas? Was sollen die Kinder lernen? Was sollten die Kinder schon wissen? 2 Kinder erfahren, dass man aus Bewegung elektrischen Strom erzeugen und dieser wieder etwas in Bewegung setzen kann. Bei geeigneter Unterrichtsführung können die Kinder auch verstehen, wie es zu dieser Bewegung kommt. Das Auto enthält einen Elektromotor, der entweder mit einem Akku oder dem Stromgenerator angetrieben werden kann. Für dieses sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich. Was wird benötigt? Elektroauto-Modell Verbindungskabel Stromgenerator Akku 8

19 Strom macht Bewegung 2. Wie kann man vorgehen? Wie könnte es weitergehen? 4 5 Kinder treiben das Auto alternativ mit dem Akku und dem Stromgenerator an. Ermutigen Sie die Kinder, ihre Lernergebnisse selbstständig zu dokumentieren und einen Bezug zum Alltag herzustellen. Wer von den Kindern hat schon einmal ein Elektroauto auf der Straße gesehen? Ist jemand vielleicht schon mit einem Elektroauto gefahren? Wer kennt ein Elektrofahrrad? Fachlicher Hintergrund Elektrischer Strom kann Bewegung erzeugen. Ein Gerät, das elektrischen Strom in Bewegung umsetzt, nennen wir Elektromotor. Ein Elektromotor besteht aus einem feststehenden Magneten und einer stromdurchflossenen Spule. 9

20 2 Was Strom alles kann 2.4 Strom macht Ton 4 Strom macht Ton Kommst du drauf? Du brauchst: Melodiebox Summer Was Strom alles kann Strom macht Ton Joulius hört gerade Hasenlieder. Elektrischer Strom macht die Musik so laut, dass seine Hasenohren fast wehtun. Er schaltet seinen CD-Player ab und denkt nach. Wie macht man eigentlich Musik mit Strom? 2 Kabel mit Krokoklemmen Akkuhülle Akkus 5 Minuten 4. Befestige die Enden der beiden Kabel an der Akkuhülle. 2. Schließe den Summer an den freien Kabelenden an.. Was hörst du? 4. Tausche den Summer gegen die Melodiebox. 5. Was hörst du jetzt? Mit Strom kann man Töne erzeugen und verstärken. Was Strom alles kann Strom macht Ton Kennst dudas? So wirdes gemacht Was sollen die Kinder lernen? Was sollten die Kinder schon wissen? 2 Elektrische Energie kann in speziellen Geräten auch in Schallenergie umgewandelt werden. Für dieses sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich. Was wird benötigt? Melodiebox Summer Akkuhülle Akkus 2 Kabel mit Krokoklemmen 20

21 Strom macht Ton 2.4 Wie kann man vorgehen? Wie könnte es weitergehen? 4 5 Die Kinder schließen den Summer und die Melodiebox nacheinander an die Batterie an. Ermutigen Sie die Kinder, ihre Lernergebnisse und Lernwege selbstständig zu dokumentieren. Fachlicher Hintergrund Die meisten Lautsprecher sind als Tauchspulenlautsprecher konstruiert. Hierbei wird der Leiter zu einer Spule aufgewickelt und in ein ringförmiges Magnetfeld eingetaucht. Die Spule ist mit der Membran verbunden und bildet mit ihr ein schwingungsfähiges System. Die Tonerzeugung in Summern ist viel zu komplex für die Altersgruppe. Es sind eingebaute Piezo- Schallwandler, die in Verbindung mit Transistoren zur Verstärkung des Signals Töne und Melodien mit Hilfe des elektrischen Stroms liefern können. 2

22 2 Was Strom alles kann 2.5 Strom macht Bilder 5 Strom macht Joulius liebt Filme über Dinos. Im Kino ist ihm eingefallen, dass er eigentlich nicht weiß, wie man mit Strom Bilder erzeugt. Finde heraus, wie es geht. Du brauchst: Display eines Digitalthermometers Bilder Was Strom alles kann Strom macht Bilder Stromgenerator Verbindungskabel 5 Minuten 5. Stecke das Verbindungskabel in den Stromgenerator. 2. Hefte die Krokoklemmen an die freien Enden des Thermometerkabels.. Kurble am Stromgenerator. 4. Beobachte das Display genau. 5. Was siehst du? Die Anzeige eines Displays besteht aus Punkten und Strichen, die mit Strom sichtbar gemacht werden. Was Strom alles kann Strom macht Bilder Kennst dudas? So wirdes gemacht Was sollen die Kinder lernen? Was sollten die Kinder schon wissen? 2 Kinder erfahren, dass durch die geeignete Anordnung von Leuchtpunkten mit Hilfe des elektrischen Stroms Bilder erzeugt werden können. Für dieses sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich. Was wird benötigt? Display eines Digitalthermometers Stromgenerator Verbindungskabel 22

23 Strom macht Bilder 2.5 Wie kann man vorgehen? Wie könnte es weitergehen? 4 5 Kinder kurbeln am Stromgenerator und nehmen wahr, dass sie damit eine Anzeige auf dem Display hervorrufen. Ermutigen Sie die Kinder, zu dokumentieren, was sie in dem gelernt haben. Stellen Sie einen Bezug zur Realität her, indem die Kinder Geräte nennen, die aus Strom Bilder erzeugen. Fachlicher Hintergrund Mit elektrischem Strom kann man aus leuchtenden Punkten Bilder, Text oder Ziffern erzeugen, wie sie zum Beispiel bei Digitalanzeigen oder Bildschirmen zu finden sind. 2

24 2 Was Strom alles kann 2.6 Strom macht magnetisch 6 Was Strom alles kann Strom macht magnetisch 20 Minuten 6 Was Strom alles kann Strom macht magnetisch So wirdes gemacht Strom macht Wie geht das? Du brauchst: Eisennagel Isolierten 5 cm Draht, 40 cm magnetisch In der Natur gibt es Steine, die leicht magnetisch sind. Viel stärkere Magnete kann man aber mit Strom herstellen. Schnur Reißnägel Büroklammer Akkuhülle Akkus. Wickle den isolierten Draht um den Nagel. 2. Befestige die beiden Drahtenden an den Anschlüssen der Akkuhülle.. Hänge die Büroklammer auf die Schnur auf. 4. Nähere die Büroklammer dem Nagel. 5. Was siehst du? 6. Teste, was der Nagel mit den Reißnägeln macht. Elektrischer Strom kann aus einem Stück Eisen einen Magneten machen. Kennst dudas? Was sollen die Kinder lernen? Was sollten die Kinder schon wissen? 2 Kinder erfahren, dass ein stromdurchfl ossener Draht einen Nagel zu einem Magneten machen kann. Für dieses sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich. Was wird benötigt? Eisennagel 5 cm Isolierter Draht Schnur Reißnägel Akkuhülle Akkus Büroklammer 24

25 Strom macht magnetisch 2.6 Wie kann man vorgehen? Wie könnte es weitergehen? 4 5 Die Kinder wickeln den isolierten Draht möglichst eng um den Nagel und schließen ihn dann an die Batterie an. Dann befestigen sie z. B. eine Büroklammer an einem Faden und halten den Faden so, dass die Büroklammer in die Nähe eines der beiden Nagelenden kommt. Sie stellen fest, dass die Büroklammer angezogen wird. Wenn der Stromkreis unterbrochen wird, hört der Nagel auf, magnetisch zu sein. a) Ermutigen Sie die Kinder, vielleicht auch andere Materialien (einerseits anstelle des Eisennagels und andererseits anstelle der kleinen Gegenstände aus Eisen) auszuprobieren. Leiten Sie die Kinder dazu an, ihre Lernergebnisse sorgfältig zu dokumentieren. b) Eine weiterführende Transferaufgabe könnte zum Beispiel folgendermaßen lauten: Peter hat verschiedene Münzen gefunden. Er möchte gerne wissen, welche davon Eisen enthalten. Leider hat er keinen Magneten. Aber es stehen ihm ein Eisennagel, eine Batterie und ein isolierter Draht zur Verfügung. Wie könnte er vorgehen? Fachlicher Hintergrund Ein mit Elektrizität durchflossener Draht wird zu einem Magneten und kann kleine Gegenstände aus Eisen anziehen. Der dänische Naturforscher Hans Christian Oersted entdeckte 820 die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms und legte damit die Basis für viele elektrotechnische Anwendungen. 25

26 Stromkreis Fachdidaktische Hinweise Die Versuchsmaterialien zu den fünf en zum Thema Stromkreis stehen jeweils in vierfacher Ausführung zur Verfügung. Es wird empfohlen, die e in der angebotenen Reihenfolge in Gruppenarbeit durchzuführen, da sowohl die fachliche Komplexität als auch die erforderlichen experimentellen Fähigkeiten von bis 5 schrittweise zunehmen. Nach Möglichkeit sollte den Kindern schon beim ausreichend Zeit gegeben werden, damit sie selbst herausfi n- den können, dass sowohl die Batterie als auch das Lämpchen zwei Anschlüsse hat, die entsprechend miteinander verbunden sein müssen, damit es leuchten kann. In einem anschließenden Plenum sollten auch die nicht erfolgreichen Versuche thematisiert werden. Erst wenn der Stromkreis verstanden wurde, sollte mit den weiteren en fortgesetzt werden, bei denen die Kinder Erfahrungen mit Lämpchenfassungen und Kabeln machen. Den Abschluss bildet die Erkenntnis, was ein Schalter macht und wie er funktioniert. Hinweis zu weiteren EVN-Materialien: Die e sind gut kombinierbar mit den Lern- und Unterrichtsmaterialien im Heft Alles Energie!. und 4. Schulstufe (S ).. Was braucht ein Lämpchen zum Leuchten? Stromkreis Was braucht ein Lämpchen zum Leuchten? 0 Minuten Stromkreis Was braucht ein Lämpchen zum Leuchten? So wirdes gemacht braucht Was Probiere es auch. Lämpchen ein Du brauchst: zum Lämp en Leuchten? Joulius freut sich. Er hat es geschafft, das Lämpchen zum Leuchten zu bringen. Akkuhülle Akkus. Halte den Fuß des Lämpchens zuerst an einen Pol der Akkuhülle und beobachte, ob das Lämpchen leuchtet. 2. Halte das Lämpchen an den kurzen Pol der Akkuhülle und bringe den langen Pol mit dem Glas in Berührung. Leuchtet das Lämpchen?. Halte das Lämpchen an den langen Pol und bringe den kurzen Pol mit dem Gewinde des Lämpchens in Berührung. Was stellst du fest? 4. Warum leuchtet das Lämpchen nur in bestimmten Positionen? Wo befinden sich am Lämpchen die Anschlüsse? Das Lämpchen leuchtet nur, wenn jeder seiner beiden Anschlüsse mit jeweils einem Pol der Akkuhülle verbunden ist. Kennst du das? Was sollen die Kinder lernen? Die Kinder erfahren, dass zum Leuchten eines Lämpchens neben einer Elektrizitätsquelle (= Batterie) ein geschlossener Stromkreis vorhanden sein muss. Jedes Elektrogerät und jede Elektrizitätsquelle hat zwei Anschlüsse, die entsprechend miteinander verbunden sein müssen. Zum Verständnis des elektrischen Stromkreises müssen Kinder die Anschlussbedingung kennen und den Stromkreis verstehen. Bei der Flachbatterie lässt sich das Lämpchen sowohl ohne Draht als auch mit nur einem Draht anschließen, wobei die zweite Variante bereits eine Transferaufgabe ist. Wenn Kinder die oben genannten Voraussetzungen verstehen, können sie ein Lämpchen auch mit einer Monozelle und einem einzigen Draht zum Leuchten bringen. 26

27 Was braucht ein Lämpchen zum Leuchten?. 2 Was sollten die Kinder schon wissen? Was wird benötigt? Für dieses sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich. Lämpchen Akkuhülle Akkus Wie kann man vorgehen? Wie könnte es weitergehen? 4 5 Die Kinder versuchen, das Lämpchen ohne Draht zum Leuchten zu bringen und werden angeregt, ihre Zugänge und Ergebnisse zu ordnen und schließlich eine allgemeine Aussage zum Gelingen der Aufgabe zu finden. Ergänzend kann man den Kindern auch das Arbeitsblatt vorlegen und sie Vermutungen anstellen lassen. Im könnten die Kinder dann ihre Vermutungen überprüfen. a) Ermutigen Sie die Kinder, ihre Beobachtungen und Erkenntnisse eigenständig zu formulieren und vielleicht auch bildlich darzustellen. b) Regen Sie die Kinder mit Hilfe bildlicher Darstellungen von Arbeitsblatt (Kopiervorlage im Anhang) an, begründete Vermutungen zu äußern und zu überlegen, wie sie ihre Vermutungen überprüfen könnten. Die Kinder erkennen anhand einer bildlichen Darstellung, wann das Lämpchen leuchtet bzw. wieso es nicht leuchtet. Sie wenden dabei ihre Kenntnis des geschlossenen Stromkreises und der Anschlussbedingung an. Im Sinne der Differenzierung kann man leistungsschwächere Kinder die verschiedenen Alternativen auch praktisch erproben lassen. Auf jeden Fall sollen die Kinder nicht nur Antworten liefern, sondern auch Begründungen für ihre Antworten geben. Im Besonderen soll bei allen Situationen, wo das Lämpchen nicht leuchtet, auch der Fehler erkannt und benannt werden. Fachlicher Hintergrund Wie muss ein Lämpchen mit einer Batterie verbunden werden, damit es leuchtet? a) Kenntnis der Anschlussbedingung: Sowohl das Glühlämpchen als auch die Batterie haben zwei Anschlüsse. Beim Glühlämpchen befinden sich diese am Sockel und am Gewinde. Damit das Lämpchen leuchtet, müssen beide Anschlüsse des Lämpchens mit jeweils einem Pol der Batterie verbunden sein. b) Verstehen des Stromkreises: Wie fließt die Elektrizität? Die Elektrizität kann nur in einem geschlossenen Kreis fließen. Der Stromkreis darf also nicht unterbrochen werden. Alle Teile des Stromkreises müssen elektrische Leiter sein. 27

28 Stromkreis.2 Bringe das Lämpchen zum Leuchten! Bringe das 2 Hilfst du ihm? Du brauchst: Stromkreis Bringe das Lämpchen zum Leuchten! Lämpchen zumleuchten! Wie kommt der Strom zu dieser Deckenleuchte? Joulius weiß, dass es in den Wänden Leitungen gibt. Die darf man aber nicht erforschen, das wäre zu gefährlich. Er besorgt sich lieber Kabel mit Krokoklemmen und versucht, das kleine Lämpchen wieder zum Leuchten zu bringen. Lämpchen Fassung 2 Kabel mit Krokoklemmen Akkuhülle Akkus 5 Minuten 2 Wenn Strom über Leitungen ins Lämpchen kommt, leuchtet es. Stromkreis Bringe das Lämpchen zum Leuchten!. Untersuche die Lämpchenfassung genau. Wo sind die Anschlüsse? 2. Schraube das Lämpchen in die Fassung ein.. Verbinde die Fassung mit beiden Polen der Akkuhülle. 4. Was passiert? 5. Drehe das Lämpchen in der Fassung etwas heraus. Was stellst du fest? Kennst du das? So wirdes gemacht Was sollen die Kinder lernen? Was sollten die Kinder schon wissen? 2 Die Kinder erfahren, dass es mehr als nur eine Möglichkeit gibt, ein Lämpchen mit einer Batterie zum Leuchten zu bringen. Im haben sie schon gesehen, wie es ohne Draht geht. In diesem erkunden die Kinder eine Lampenfassung und sehen, dass die Fassungen rechts und links jeweils eine Lötöse haben, die die Kontakte für die beiden Pole der Batterie sind. Sie schrauben die Glühlampen in die kleinen Fassungen und erproben, wie sie die Ösen an die Batterie halten müssen, damit die Glühlampe leuchtet. Es funktioniert aber nur, wenn der Stromkreis geschlossen ist, d. h., wenn das Lämpchen fest in die Fassung geschraubt wird. Für dieses sind nicht unbedingt Vorkenntnisse erforderlich. Es wird aber empfohlen, vorher durchzuführen Was wird benötigt? Lämpchen Fassung Akkuhülle Akkus 2 Kabel mit Krokoklemmen 28

29 Bringe das Lämpchen zum Leuchten!.2 Wie kann man vorgehen? Wie könnte es weitergehen? 4 5 Zuerst probieren die Kinder, das Lämpchen mit zwei Kabeln noch ohne Fassung zum Leuchten zu bringen und wiederholen dabei ihr Wissen zum elektrischen Stromkreis. Dann untersuchen sie die Fassung genauer und schrauben das Lämpchen in die Fassung. Nun befestigen sie ein Kabelende an der Fassung. Dann nehmen sie den zweiten Draht und machen ihn ebenfalls an der Fassung fest. Die beiden Drahtenden werden dann an den zwei Metallzungen der Batterie befestigt, und schon leuchtet das Lämpchen. Wenn das Lämpchen ein wenig gelockert wird, hört es zu leuchten auf. Legen Sie den Kindern das Arbeitsblatt 2 (Kopiervorlage im Anhang) vor und fragen sie, wo das Lämpchen leuchtet und wo nicht. Lassen Sie sie auch bei jedem Bild eine Begründung abgeben. Es besteht besonders die Möglichkeit der Differenzierung, ob man mit Plastik ummantelte Drähte oder blanke Metalldrähte verwendet. Bei Bild 4 leuchtet das Lämpchen aufgrund eines Kurzschlusses nicht, wenn man blanke Drähte verwendet. Hinweis: Es sollte darauf geachtet werden, dass keine Kurzschlüsse entstehen. Die Kinder sollen eine Fassung genauer untersuchen und erkennen, welche Teile beim Hineinschrauben des Lämpchens mit den beiden Anschlüssen des Lämpchens in Kontakt kommen. Fachlicher Hintergrund Zum Leuchten eines Lämpchens müssen die Anschlussbedingung und das Vorhandensein eines geschlossenen Stromkreises beachtet werden. 29

30 Stromkreis. Die Lücke im Stromkreis Die Joulius steht vor einem Problem. Kannst du ihm helfen? Baue ein Detektivgerät, das leitende Materialien von nicht leitenden unterscheiden kann. Eisennagel Papier Lücke im Du brauchst: Fassung Büroklammer Metall Stromkreis Kabel mit Krokoklemmen Glaskugel Teelicht Stromkreis Die Lücke im Stromkreis Korken Lämpchen Geschirrspülschwämmchen Holzwäscheklammer Akkus Büroklammer bunt 0 Minuten Gegenstände aus Metall leiten den elektrischen Strom. Graphit ist ebenfalls ein guter Leiter. Stromkreis Die Lücke im Stromkreis. Baue mit der Akkuhülle, dem Glühlämpchen und den drei Kabeln einen Stromkreis wie im Bild rechts. 2. Schließe den Stromkreis über einen Testgegenstand.. Leuchtet das Lämpchen oder nicht? 4. Teste so alle Gegenstände. Kennst dudas? So wirdes gemacht Akkuhülle Strohhalm Gummiring Bleistift Filz Alufolie Was sollen die Kinder lernen? Was sollten die Kinder schon wissen? 2 Alle Materialien, die die Elektrizität leiten, nennt man Leiter. Durch das Sortieren verschiedener Materialien können die Kinder erkennen, dass Metalle die Elektrizität leiten. Alle anderen Materialien, die die Elektrizität nicht leiten, nennt man Nichtleiter oder Isolatoren. Neben den Metallen gibt es noch weitere Stoffe, die den elektrischen Strom leiten, wie z. B. Salzwasser, Leitungswasser, eine Bleistiftmine oder Zitronensaft. Kenntnis der Anschlussbedingung: Wie ist die Batterie mit dem Lämpchen zu verbinden, damit das Lämpchen leuchtet? Sowohl das Glühlämpchen als auch die Batterie haben zwei Anschlüsse. Beim Glühlämpchen befi nden sich diese am Sockel und am Gewinde. Damit das Lämpchen leuchtet, müssen beide Anschlüsse des Lämpchens mit jeweils einem Pol der Batterie verbunden sein. Verstehen des Stromkreises: Wie fl ießt die Elektrizität? Die Elektrizität kann nur in einem geschlossenen Kreis fl ießen. Der Stromkreis darf also nicht unterbrochen sein. Alle Teile des Stromkreises müssen elektrische Leiter sein. Was wird benötigt? Lämpchen Fassung Kabel mit Krokoklemmen Akkuhülle Akkus Testmaterialien: Bleistift doppelt gespitzt, Strohhalm, Büroklammer Metall, Glaskugel, Korken, Holzwäscheklammer, Alufolie, Filz, Papier, Eisennagel, Gummiring, Büroklammer bunt, Teelicht, Geschirrspülschwämmchen 0

31 Die Lücke im Stromkreis. Wie kann man vorgehen? Wie könnte es weitergehen? 4 5 Die Kinder bauen einen (Test-)Stromkreis mit zwei Kabeln mit Krokoklemmen, einer Glühlampe mit Fassung und einer Batterie. Dann bauen sie ein drittes Kabel mit Krokoklemmen in den Stromkreis ein und prüfen, ob die Glühlampe leuchtet. Sie unterbrechen den Stromkreis an der Verbindung zweier Kabel und schauen, ob die Glühlampe leuchtet. Sie stellen fest, dass Luft die Elektrizität nicht leitet. Dann überbrücken sie die beiden Krokokabel an den Kontakten z. B. mit einem Eisennagel. Nun leuchtet das Glühlämpchen wieder. Der Stromkreis ist wieder geschlossen, und die Elektrizität kann fließen. Hinweise: Es sollte darauf geachtet werden, dass nicht unbeabsichtigt Kurzschlüsse erzeugt und die Batterien sehr heiß und schnell entladen werden. Es kann auch sinnvoller sein, nur einen Teststromkreis aufzubauen und die Kinder nacheinander ihre herbeigesuchten Sachen testen zu lassen. Um die Krokoklemmen beim ergänzenden Versuch mit dem Wasser vor dem Rosten zu bewahren, können die Kinder zwei Streifen aus Alufolie über den Rand des Gefäßes legen. Da die Folie den Strom leitet, kann sie als Brücke zwischen dem Wasser und der Krokoklemme genutzt werden. Die beiden Alustreifen müssen jeweils mit einem Ende in das Wasser ragen. Am anderen Ende kann jeweils die Krokoklemme befestigt werden. Fügen Sie etwas Salz in das Wasser hinzu, um die Leitfähigkeit zu verbessern. Regen Sie die Kinder an, selbst Materialien zu sammeln, die sie testen wollen (z. B. Kerze, Knöpfe, weitere Sachen aus Metall wie Gabel, Messer, Löffel, Schüssel aus Plastik oder Glas, Münzen etc.). Die Kinder verbinden nun die Krokoklemmen nacheinander mit den Testgegenständen. Falls die Krokoklemmen sich nicht an den Gegenständen festklemmen lassen, reicht auch eine Kontaktberührung aus, dass der Strom fließen kann. Anschließend könnten die Kinder die Testmaterialien in vorbereitete Behälter sortieren, je nachdem, ob sie die Glühlampe zum Leuchten bringen oder nicht, d. h., ob sie Leiter sind oder nicht, und vergleichen, was die Gegenstände gemeinsam haben. a) Durch entsprechende Fragen erfahren Sie etwas über die Vorstellungen der Kinder: Warum leuchtet das Lämpchen bei manchen Testmaterialien und warum leuchtet es bei anderen nicht? Wie stellst du dir vor, wie es zum Leuchten des Lämpchens kommt? Warum leuchtet nur der Draht in dem Glühlämpchen und nicht auch der Zuleitungsdraht von der Batterie zum Lämpchen? (Hinweis: Kinder sollen Glühlämpchen mit einer Lupe betrachten.) Erkläre, wozu man die Batterie braucht. Was macht die Batterie? b) Erläuterungen helfen, bei den Kindern Vorstellungen von unsichtbaren Phänomenen aufzubauen. Erläuterung: Die Wissenschaftler stellen sich vor, dass die Elektrizität von dem einen Batterieanschluss durch das Kabel, dann durch das Lämpchen, weiter durch das zweite Kabel zum zweiten Batterieanschluss fließt und dann durch die Batterie wieder durch das erste Kabel zum Lämpchen usw. (Verweis auf vorliegende Schaltung bzw. Demonstration mit Hilfe der vorliegenden Schaltung). Die Elektrizität fließt also im Kreis, und die Batterie hat dafür zu sorgen, dass sie das tut. Auch in einem Lämpchen gibt es einen durchgehenden Draht. Bewertung: Wie findest du diese Vorstellung der Wissenschaftler? Einleuchtend? Merkwürdig? Unglaubwürdig? Was glaubst denn du, wie die Elektrizität fließt? Paraphrasierung: Wiederhole bitte in deinen eigenen Worten, was ich dir darüber gesagt habe, wie die Elektrizität hier fließt. Fachlicher Hintergrund Alle Materialien, die den Strom leiten, nennt man Leiter. Durch das Sortieren können die Kinder auch erkennen, dass Metalle den Strom leiten. Alle anderen Materialien, die den Strom nicht leiten, nennt man Nichtleiter oder Isolatoren. Salzwasser ist elektrisch leitend, und auch das normale Leitungswasser leitet die Elektrizität. Fällt also ein Föhn in die Badewanne, ist das für den Menschen sehr gefährlich. Unsere Körperflüssigkeiten, z. B. das Blut, enthalten nämlich auch Salze und leiten daher ebenfalls die Elektrizität.

32 Stromkreis.4 Wie ist ein Elektrokabel aufgebaut? 4 Stromkreis Wie ist ein Elektrokabel aufgebaut? 5 Minuten 4 Stromkreis Wie ist ein Elektrokabel aufgebaut? So wirdes gemacht Wie ist ein Elektrokabelaufgebaut? Joulius ist sehr traurig. Das Meerschweinchen Rosa ist tot. Es hat das Kabel zur Schreibtischlampe durchgenagt. Untersuche, warum das passiert ist. Du brauchst: Lämpchen Fassung Kabel mit Stück Stromkabel Akkuhülle Krokoklemmen Akkus. Baue mit der Akkuhülle, dem Glühlämpchen und den drei Kabeln einen Stromkreis mit einer Unterbrechung wie im Bild rechts. 2. Überbrücke die Unterbrechung durch Anschließen der Kabelhülle.. Was geschieht? 4. Überbrücke nun die Unterbrechung durch Anschließen des Drahts. 5. Was siehst du? Elektrokabel sind mit Materialien umhüllt, durch die kein Strom fließen kann. Der Strom fließt nur durch den Draht im Inneren. Kaputte stromleitende Kabel darfst du daher niemals anfassen! Kennst dudas? Was sollen die Kinder lernen? Was sollten die Kinder schon wissen? 2 Die Kinder erfahren, dass Elektrokabel mit Materialien ummantelt sind, durch die keine Elektrizität fl ießen kann. Die Elektrizität fl ießt daher nur durch den Metalldraht im Inneren, und man kommt nicht mit ihr in Berührung, wenn man ein Kabel anfasst, das nicht defekt ist. Die Kinder sollen verstehen, warum sie niemals ein defektes Kabel anfassen sollten. Kenntnis der Anschlussbedingung: Wie ist die Batterie mit dem Lämpchen zu verbinden, damit das Lämpchen leuchtet? Sowohl das Glühlämpchen als auch die Batterie haben zwei Anschlüsse. Beim Glühlämpchen befi nden sich diese am Sockel und am Gewinde. Damit das Lämpchen leuchtet, müssen beide Anschlüsse des Lämpchens mit jeweils einem Pol der Batterie verbunden sein. Verstehen des Stromkreises: Wie fl ießt die Elektrizität? Die Elektrizität kann nur in einem geschlossenen Kreis fl ießen. Der Stromkreis darf also nicht unterbrochen sein. Alle Teile des Stromkreises müssen elektrische Leiter sein. Was wird benötigt? Lämpchen Fassung Kabel mit Krokoklemmen Stück Stromkabel Akkuhülle Akkus 2

33 Wie ist ein Elektrokabel aufgebaut?.4 Wie kann man vorgehen? Wie könnte es weitergehen? 4 5 Die Kinder bauen einen (Test-)Stromkreis mit drei Kabeln mit Krokoklemmen, einer Glühlampe mit Fassung und einer Batterie. Der Stromkreis hat eine Unterbrechung, die die Kinder zuerst mit der Kabelhülle und dann mit einem der drei Drähte überbrücken. Das Lämpchen leuchtet nur im zweiten Fall. a) Kinder untersuchen Elektrokabel, wie sie auch tatsächlich im Haushalt verwendet werden. Sie erkennen, dass in einer Plastikumhüllung zwei oder sogar drei weitere kunststoffummantelte Drähte vorhanden sind. b) Regen Sie die Kinder dazu an, einen Aufsatz zu schreiben, warum das Meerschweinchen Rosa gestorben ist. c) Ermuntern Sie die Kinder, Vermutungen anzustellen, welche anderen Materialien für die Ummantelung der Kabel noch geeignet wären. Fachlicher Hintergrund Alle Materialien, die den Strom leiten, nennt man Leiter. Metalle leiten den elektrischen Strom. Alle anderen Materialien, die den Strom nicht leiten, nennt man Nichtleiter oder Isolatoren. Ein Elektrokabel ist innen aus Metall und außen aus Plastik; es besteht also aus einem elektrischen Leiter und einem Nichtleiter, der den Menschen vor einem Stromschlag schützt.

34 Stromkreis.5 Wir bauen einen Schalter 5 Stromkreis Wir bauen einen Schalter 20 Minuten 5 Stromkreis Wir bauen einen Schalter So wirdes gemacht einen Wirbauen Schalter Joulius möchte das Lämpchen ein und ausschalten können. Kannst du ihm helfen? Baue eine Vorrichtung, mit der du das Lämpchen ein- und ausschalten kannst. Du brauchst: Holzbrettchen mit 2 Nägeln Büroklammer Fassung Lämpchen Kabel mit Krokoklemmen Akkuhülle Akkus. Baue einen Stromkreis wie im Bild rechts. 2. Befestige die Büroklammer wie im Bild und beobachte, ob das Lämpchen leuchtet.. Drehe die Büroklammer so, dass sie auch den zweiten Nagel berührt. 4. Welche Aufgabe hat die Büroklammer in deinem Stromkreis? Ein Schalter unterbricht oder schließt einen Stromkreis. Es ist dabei egal, an welcher Stelle im Stromkreis er sich befindet. Kennst dudas? Was sollen die Kinder lernen? Was sollten die Kinder schon wissen? 2 Kinder kennen Schalter aus dem Alltag. Sie drücken auf einen Schalter, und plötzlich leuchtet die Lampe. Sie drücken wieder auf den Schalter, und die Lampe geht aus. Wenn Kinder diesen Sachverhalt entdecken, wollen sie diesen Vorgang, der etwas bewirkt, ganz oft wiederholen. Wie ist der Schalter an der Wand mit der Lampe verbunden? Warum leuchtet sie, wenn der Schalter gedrückt wird? Kenntnis der Anschlussbedingung: Wie ist die Batterie mit dem Lämpchen zu verbinden, damit das Lämpchen leuchtet? Sowohl das Glühlämpchen als auch die Batterie haben zwei Anschlüsse. Beim Glühlämpchen befi nden sich diese am Sockel und am Gewinde. Damit das Lämpchen leuchtet, müssen beide Anschlüsse des Lämpchens mit jeweils einem Pol der Batterie verbunden sein. Verstehen des Stromkreises: Wie fl ießt die Elektrizität? Die Elektrizität kann nur in einem geschlossenen Kreis fl ießen. Der Stromkreis darf also nicht unterbrochen sein. Alle Teile des Stromkreises müssen elektrische Leiter sein. Die Kinder sollen am Arbeitsblatt 2 den Weg der Elektrizität mit Buntstift einzeichnen. Was wird benötigt? Holzbrettchen mit 2 Nägeln Büroklammer Fassung Kabel mit Krokoklemmen Akkuhülle Akkus Lämpchen 4

35 Wir bauen einen Schalter.5 Wie kann man vorgehen? Wie könnte es weitergehen? 4 5 Die Kinder bauen einen Stromkreis mit einem Glühlämpchen und einem Schalter. Sie können dann ausprobieren, was passiert, wenn sie die Büroklammer so hin- und herbewegen, dass sie den zweiten Nagel berührt oder nicht berührt. Durch das Hin- und Herbewegen der Büroklammer schließen und öffnen die Kinder den Schalter. Das Lämpchen geht an und aus. a) Kinder werden angeregt, andere Arten von Schaltern selbst zu planen und/oder zu bauen. So soll z. B. mit einer Wäscheklammer ein Tastschalter entwickelt werden. Ein solcher Schalter eignet sich u. a. für das Morsen mit dem Telegrafen. Kann man auch einen Schiebeschalter bauen? Geben Sie den Kindern die Möglichkeit, eigene Ideen einzubringen. b) Kinder schreiben einen kurzen wissenschaftlichen Artikel, in dem sie darstellen, was ein Schalter macht und wie er funktioniert. Fachlicher Hintergrund Ein Schalter ist eine Konstruktion, die eine zeitweilige Unterbrechung im Stromkreis bewirkt. Der Schalter unterbricht die Verbindung zwischen Minuspol und Pluspol es kann kein Strom mehr fließen. Es ist dabei egal, an welcher Stelle der Schalter im Stromkreis sitzt. 5

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