Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form. Auszug aus: Wie funktioniert eigentlich eine Batterie?

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2 26. 1 von 12 Axel Donges, Isny im Allgäu Batterien und Akkumulatoren ( Akkus ) sind Energiespeicher. In ihnen ist chemische Energie gespeichert. Im Betrieb wird die chemische Energie durch eine elektrochemische Redoxreaktion in elektrische Energie umgewandelt. Obwohl jeder Batterien und Akkumulatoren im täglichen Leben verwendet, wissen viele Schüler nicht, wie sie funktionieren. Erläutern Sie Ihren Schülern deshalb die elektrochemischen Grundlagen einer Batterie bzw. eines Akkumulators! Die Zitronenbatterie A. Donges Physik trifft Chemie eine fachübergreifende Einheit! Der Beitrag im Überblick Klasse: 9 11 Dauer: 2 Doppelstunden Ihr Plus: ü Experimentelles Arbeiten ü Wiederholungsblatt ü Lernerfolgskontrolle Inhalt: galvanisches Element Batterie Akkumulator Innenwiderstand

3 2 von Fachliche und didaktisch-methodische Hinweise Batterien und Akkumulatoren sind aus unserer heutigen Welt nicht mehr wegzudenken. Obwohl es sich bei der Herstellung von Batterien und Akkumulatoren um eine vergleichsweise alte Technologie handelt, ist dieser Bereich sehr innovativ. Er wird als eine wesentliche Schlüsseltechnologie der Zukunft angesehen. Insbesondere die angestrebte Elektromobilität bis zum Jahr 2020 sollen mindestens eine Million Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen fahren zwingt zur intensiven Forschungs- und Entwicklungsarbeit. Hinweise zur Gestaltung des Unterrichts In diesem Beitrag experimentieren Ihre Schüler mit einfachsten Hilfsmitteln (z. B. Zitronen, Nägeln aus verschiedenen Metallen, Voltmeter) und erarbeiten sich so selbst die elektrochemischen Grundlagen einer Batterie (M 2, M 3). Der Einstieg gelingt Ihnen mithilfe eines Wiederholungsblatts (M 1) zur Messung von Spannung und Strom. Das Informationsblatt M 4 zur Funktionsweise eines galvanischen Elements fasst die erarbeiteten Fakten zusammen. Außerdem wird verallgemeinert. Material M 5 behandelt den Akkumulator. Den Abschluss bilden ein Schülerversuch zum Innenwiderstand einer Batterie (M 6) und eine Lernerfolgskontrolle (M 7). Fachübergreifender Unterricht Das hier behandelte Thema gehört zur Elektrochemie. Chemie, Physik und Elektrotechnik all diesen Bereichen kann man die Funktionsweise einer Batterie zuordnen. Daher eignet sich dieses Thema für fachübergreifendes Arbeiten. Der Chemielehrer behandelt die elektrochemischen Reaktionen, während der Physiklehrer die elektrotechnische Seite übernimmt. Bezug zu den Bildungsstandards der Kultusministerkonferenz Allg. physikalische Kompetenz E 1, E 3 E 5, F 1 F 3, K 5 F1, F 2, K 2, E1 E 7 E 1, E 3, E 4, E 5, Inhaltsbezogene Kompetenzen Die Schüler erarbeiten sich experimentell die elektrochemischen Grundlagen eines galvanischen Elements, verstehen die Funktionsweise einer Batterie bzw. eines Akkumulators, üben sich im Experimentieren. Anforderungsbereich I I, II I Für welche Kompetenzen und Anforderungsbereiche die Abkürzungen stehen, finden Sie auf der beiliegenden CD-ROM 36.

4 26. 3 von 12 Materialübersicht V = Vorbereitungszeit SV = Schülerversuch Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt D = Durchführungszeit WH = Wiederholungsblatt LEK = Lernerfolgskontrolle M 1 WH Spannungs- und Strommessung frischen Sie Ihr Wissen auf! M 2 SV Die Zitronenbatterie V: 5 min r 3 frische Zitronen r 1 digitales Voltmeter D: 15 min r 3 Kupfernägel r 3 verzinkte Nägel r 4 Kabel r 6 Krokodilklemmen M 3 Ab, SV Der elektrische Strom in einem Elektrolyten V: 5 min r 1 Batterie r 2 Kabel D: 5 min r 2 Nägel aus gleichem Material r 2 Krokodilklemmen r 1 Zitrone r 1 digitales Amperemeter M 4 Ab Die Funktionsweise eines galvanischen Elements D: 45 min M 5 Ab Die Funktionsweise eines Blei-Akkumulators D: 45 min M 6 SV, Ab Der Innenwiderstand einer Batterie V: 5 min r 1 Batterie oder Akku r 1 digitales Voltmeter D: 20 min r 5 Kabel, 2 Krokodilklemmen r 1 digitales Amperemeter r 1 Potentiometer ( W) M 7 LEK Die Zitronenbatterie testen Sie Ihr Wissen! (Tandembogen) Die Erläuterungen und Lösungen zu den Materialien finden Sie ab Seite 11. Mediathek zu M 3: stromwirkungen-chemische-wirkung zu M 4: zu M 5:

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