VORANSICHT I/D. Die Dynamomaschine von Siemens und die Lenz sche Regel. Zeigen Sie den 15-minütigen Film zum Thema. Der Beitrag im Überblick

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1 16. Dynamomaschine und Lenz sche Regel 1 von 30 Die Dynamomaschine von Siemens und die Lenz sche Regel Jürgen Godau, Halle (Saale) Die Welt der Elektrotechnik ist für viele ein Buch mit sieben Siegeln. Wenn es um Strom und Spannung geht, die man ja bekanntlich nicht sieht, sind viele schon am Rand ihrer Vorstellungskraft angelangt. Kommt dann noch der Begriff des Magnetfeldes hinzu, ist die Verwirrung schon vorprogrammiert. Begeben Sie sich mit Ihren Schülern auf eine historische Entdeckungsreise und bringen Sie ihnen mit diesem Beitrag behutsam die faszinierende Welt der Elektrotechnik näher. Kommutator mit Bürsten Zeigen Sie den 15-minütigen Film zum Thema (auf CD-ROM 23)! Der Beitrag im Überblick Doppel-T-nker mit Wicklung Polschuh Klasse: 10 (G8)/11 Dauer: Ihr Plus: 5 Stunden Schülerexperimente Biografische Informationen zu verschiedenen Physikern (mpère, Faraday, Lenz, Siemens und Maxwell) Inhalt: Dynamomaschine von Siemens Lenz sche Regel Verschiedene rten von Strömen: nlassstrom, Extrastrom, Gegenstrom, Induktionsstrom Generator Elektromotor

2 2 von Dynamomaschine und Lenz sche Regel Fachliche und didaktisch-methodische Hinweise mpère, Faraday, Lenz, Siemens und Maxwell diese fünf Herren sind prominente Vertreter in der Entwicklungsgeschichte der Elektrotechnik. Ihre Namen spielen in der Geschichte, die hier erzählt wird, eine Rolle. Die handelnde Person ist Werner Siemens. Die Beobachtungen dieses bedeutenden deutschen Erfinders an seiner Dynamomaschine, seine Fragen, seine Schlussketten sowie seine Experimentierreihen sind der rote Faden auf einer Erlebnisreise, auf die sich Ihre Schüler mit diesem Material (M 1 M 10) begeben sollen. Ziel dieser Reise ist die nach Heinrich Lenz benannte Regel, dass der Induktionsstrom seiner Ursache stets entgegengerichtet ist. uf seinem gedanklichen Weg wird Siemens sich an die Erkenntnisse von mpère und Faraday erinnern, ohne dass sie zum Vorwissen der Schüler gehören müssen. Das rbeitsblatt M 11 dient der Verifikation und Festigung der Lenz schen Regel an einem Sachverhalt aus der Erfahrungswelt der Schüler. Begleitend zum Beitrag steht auf der CD-ROM 23 ein Film zur Verfügung. Grundlagen der elektromagnetischen Induktion Im Magnetfeld erfährt ein stromdurchflossener Leiter eine Kraft. Bewegt man einen Leiter im Magnetfeld senkrecht zu dessen Feldlinien, so wird eine Spannung induziert. Wenn sich das Magnetfeld, das eine Spule umgibt, ändert, so wird in der Spule eine Spannung induziert. Die 3. Maxwell sche Gleichung: Didaktisch reduziert, beginnt die Kette zur Herleitung der Lenz schen Regel mit der 3. Maxwell schen Gleichung: rot E = B d oder E ds = B d dt, setzt sich im Faraday'schen Induktionsgesetz fort: K U ind dφ = dt und endet formalmathematisch beim Minuszeichen in dieser Regel. llerdings ist dieses Ende der Bemühungen um didaktische Reduktion lediglich ein vorläufiges auf Kursstufenniveau (Sek II). Für die Sekundarstufe I ist eine verbale Formulierung vorzuziehen. Die Lenz sche Regel Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass er der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt. In diesem Merksatz ist der Induktionsvorgang bereits auf den Strom reduziert, obwohl im Regelfall Spannung und Strom gleichzeitig erzeugt werden. Diese bewusste Beschränkung hilft in den folgenden Betrachtungen. Gemeinsam mit Werner von Siemens messen die Schüler gerade Ströme sowie insbesondere Induktionsströme. Darüber hinaus ist diese Einschränkung auch bei anderen Unterrichtsbeispielen vorteilhaft. Erklärungen zur Lenz schen Regel werden so verständlicher, da die Schlussketten meist über das vom Induktionsstrom erzeugte Magnetfeld führen. ls Beispiel kann die spektakuläre Induktionskanone genannt werden.

3 16. Dynamomaschine und Lenz sche Regel 3 von 30 Hinweise zur Gestaltung des Unterrichts Folgende didaktische Intensionen prägen das unterrichtliche Vorgehen: Historischer Kontext Zunächst ist die Motivationszenerie zu erwähnen. Wir konzentrieren uns zu nfang stark auf den historischen Kontext. uf den Materialblättern M 1 bis M 4 wird intensiv ein geschichtliches Szenario ausgelebt; auf M 5 bis M 10 wird es weiter gepflegt. Bei den Schüleraufträgen erscheinen zunächst kaum physikalische ssoziationen, damit die Schüler vor ihrem geistigen uge das Leben in Deutschland zur Zeit der Reichsgründung entstehen lassen und dann willig in das historische Laboratorium von Werner von Siemens folgen. Durch die szenischen Darstellungen ( Kopfkino ) auf den weiteren Materialblättern wird diese Stimmung aufrechterhalten. Elektromotor und Generator us physikalischer Sicht steht das nlaufen eines Elektromotors im Zentrum der Beobachtungen. Darüber hinaus wird die Funktionsweise eines Generators untersucht. Die Beobachtungen, die man dabei machen kann, und die Schlussketten, die sich an diese anschließen, sind intellektuell anspruchsvoll. Es treten Begriffe wie nlassstrom, Extrastrom, Gegenstrom und Induktionsstrom auf. Die Materialien bieten grafische Verständnis- und Merkhilfen an, die als ufträge an die Lernenden gestaltet sind. lltagserfahrungen an Kühlschrank, Elektrorasenmäher und Staubsauger Greifen Sie lltagserfahrungen der Schüler auf, um das Thema nlaufvorgang eines Elektromotors zu motivieren. Wenn selbige noch nicht vorliegen, initiieren Sie durch eine entsprechende npassung Ihres Unterrichtskonzeptes ein zielgerichtetes Beobachten im Haushalt. nlaufvorgänge im Haushalt zu finden, heißt z. B., den Kühlschrank zu beobachten, das Starten eines Elektrorasenmähers unter die Lupe zu nehmen oder das Einschalten eines Staubsaugers im häuslichen Umfeld unter physikalischer Sicht zu betrachten. Man konzentriert sich dabei auf die Helligkeit von gleichzeitig leuchtenden Lampen. Bei genügend starken Motoren werden diese Lampen kurzzeitig dunkler, was auf den starken nlassstrom des Elektromotors zurückzuführen ist. blauf Die Hinweise zur unterrichtlichen rbeit mit den folgenden Materialien gründen auf eigenes Erleben. Vorgesehen sind fünf Unterrichtsstunden. Die Zuordnung der Materialien erfolgte nach dem folgenden Schema: Die erste Stunde findet im Computerraum statt. Die Schüler sehen sich den Film an und bearbeiteten die Materialien M 1 M 4. Nach dieser in wesentlichen Teilen der Motivation dienenden Stunde folgte das erste Schülerexperiment im Fachraum mit den Materialien M 5 M 7. In dieser Stunde konzentrieren sich die Schüler voll auf das eigenartige Verhalten eines Elektromotors. Die dritte Stunde erweiterte die Sichtweise dahingehend, dass eine Dynamomaschine sowohl als Motor als auch als Generator genutzt werden kann. Die Materialien M 8 und M 9 führten darüber hinaus zur Lenz schen Regel sowie zu der Erkenntnis, dass im Generatorbetrieb die Drehrichtung die Stromrichtung bestimmt. Den Übergang zur vierten Stunde gestalten Sie je nach rbeitsgeschwindigkeit der Schüler fließend. Einige rbeitsgruppen beginnen eventuell bereits mit Material M 10, andere können erst nach häuslicher Nacharbeit zu Beginn der vierten Stunde experimentieren. Den gemeinsamen bschluss des historischen usfluges bildet das Demonstrationsexperiment (Materialblatt M 11). Gleichzeitig werden die Schüler damit wieder in unsere heutige Zeit zurückgeholt. In der fünften Unterrichtsstunde zeigen Sie den Film noch einmal. nschließend beantworten die Schüler die Fragen zum Film (M 12).

4 16. Dynamomaschine und Lenz sche Regel 5 von 30 Mediothek Literatur Dominik, Hans: Geballte Kraft. Werner von Siemens Dynamomaschine leitet ein neues Zeitalter ein. Limpert. Berlin Gerthsen, Christian; Vogel, Helmut: Gerthsen Physik. Springer. Berlin/Heidelberg S Grehn, Joachim; Krause, Joachim: Metzler Physik. Schroedel. Hannover S Meyer, Lothar; Schmidt, Gerd-Dietrich: Duden. Basiswissen Schule Physik bitur. Duden Paetec. Berlin/Frankfurt a. M S Internetadressen Materialübersicht V = Vorbereitungszeit SV = Schülerversuch b = rbeitsblatt D = Durchführungszeit LV = Lehrerversuch Info = Informationsblatt M 1 b, Info Die Telegrafen-Bau-nstalt von Siemens & Halske r Bücher aus der Schulbibliothek r Computer mit Internetzugang M 2 b, Info Bei Werner von Siemens im Laboratorium M 3 Fo Forschen mit Grips mpère, Lenz, Faraday und Siemens r OHP M 4 b, Info Die Dynamomaschine Geräteliste r Bücher aus der Schulbibliothek r Computer mit Internetzugang M 5 b Der Schaltplan für Siemens Experiment M 6 SV, b Experiment zum nlassstrom der Dynamomaschine V: 10 min D: 15 min r 1 Stromversorgungsgerät r 1 Gleichstrommotor (6 12 V) r 4 Verbindungsleiter r 1 mperemeter

5 6 von Dynamomaschine und Lenz sche Regel Fortsetzung der Materialübersicht V = Vorbereitungszeit SV = Schülerversuch b = rbeitsblatt D = Durchführungszeit LV = Lehrerversuch Info = Informationsblatt M 7 b, Info Siemens Versuch einer Erklärung M 8 SV Wir testen! Der Motor jetzt als Generator! V: 10 min D: 20 min r 1 Stromversorgungsgerät r 1 Gleichstrommotor (6 12 V) r 4 Verbindungsleiter r 1 mperemeter M 9 SV Siemens prüft weiter! Wir auch! V: 10 min D: 20 min r 1 Stromversorgungsgerät r 1 Gleichstrommotor (6 12 V) r 4 Verbindungsleiter r 1 mperemeter M 10 SV Jetzt prüfen wir! V: 10 min D: 25 min r 1 Stromversorgungsgerät r 1 Gleichstrommotor (6 12 V) r 4 Verbindungsleiter r 1 mperemeter M 11 LV, b Die Lenz sche Regel am Fahrraddynamo V: 10 min D: 20 min r 1 Fahrraddynamo mit Schnurlaufrolle (z. B. 6 V; 5 W) r 1 Hebelumschalter r 1 Lampe (z. B. 3,8 V; 0,08 ) r 1 Faden (ca. 2 m) mit Massestück 50 g r 10 Stoppuhren oder 1 Demo-Stoppuhr r Verbindungsleiter mit Krokodilklemmen r Magnet-Hafttafel (Leybold) r Vertikaldemonstrationsset (Phywe) r Stativmaterial M 12 b Das dynamoelektrische Prinzip Fragen zum Film Die Erläuterungen und Lösungen zu den Materialien finden Sie ab Seite 19.

6 16. Dynamomaschine und Lenz sche Regel 7 von 30 M 1 Die Telegrafen-Bau-nstalt von Siemens & Halske ufgaben 1. Lies den folgenden Lebenslauf von Werner Siemens und notiere drei Lebensetappen. 2. Welches große Ereignis in der deutschen Geschichte fällt in sein Leben? Wie alt war Siemens zu diesem Zeitpunkt? 3. Wie nennt man in der Geschichte die Epoche vom 18. Januar 1871 bis zum Börsenkrach 1873? Das Leben von Werner Siemens Werner von Siemens (bis 1888 Werner Siemens) wurde am 13. Dezember 1816 als viertes von 14 Kindern in Lenthe bei Hannover geboren. Seine Eltern konnten ein Ingenieursstudium nicht finanzieren, weshalb er sich als chtzehnjähriger freiwillig zur preußischen rmee meldete und so an der rtillerie- und Ingenieurschule in Berlin Mathematik, Physik und Chemie studieren konnte. rbeiten auf dem Gebiet der Telegrafie Sein erstes Patent bezog sich auf eine galvanische Versilberungs- und Vergoldungstechnik. Des Weiteren arbeitete Werner Siemens an der Weiterentwicklung der Telegrafie. Zwei wichtige Erfindungen, die eines Zeigertelegrafen und eines Verfahrens zur nahtlosen Isolierung von Telegrafenleitungen mit Guttapercha, führten schließlich zur Gründung seines ersten Unternehmens. Foto: Gemeinsam mit dem Mechanikermeister Johann Georg Halske gründete Werner von Siemens im Oktober 1847 die Telegrafen-Bau-nstalt von Siemens & Halske. Das rbeitsfeld der Firma war der Bau von Telegrafenleitungen. Unter anderem begann man 1874 mit der erfolgreichen Verlegung von Transatlantikkabeln zwischen Europa und Nordamerika wurde die erste elektrische Straßenbahnlinie der Welt in Berlin eröffnet. Werner Siemens (jung) Die erste Straßenbahn Foto: Die Entdeckung des dynamoelektrischen Prinzips Mit der Entdeckung des dynamoelektrischen Prinzips und dem Bau der ersten Dynamomaschine schaffte Werner Siemens im Jahre 1866 seine wohl bedeutendste Erindung die Grundlage für die Entwicklung der Elektrotechnik schließlich erhielt er den delstitel für seine Verdienste. Werner von Siemens starb am 6. Dezember 1892 in Berlin-Charlottenburg.

7 8 von Dynamomaschine und Lenz sche Regel M 2 Bei Werner von Siemens im Laboratorium Lies die historische Darstellung. Bearbeite danach die folgenden ufgaben. ufgabe Erkläre, welche Funktion die Teile eines Elektromotors haben. Für Experten Beschreibe den ufbau eines nkers. Wie sieht ein Doppel-T-nker aus? Für die Expertenaufgabe musst du im Internet recherchieren. Historische Darstellung: Heiß brennt die Nachmittagssonne auf das Kopfsteinpflaster der Markgrafenstraße. Durch Vorhänge gedämpft, fällt das Tageslicht in das schlichte rbeitszimmer, in dem Werner Siemens in einem mit Leder bezogenen Lehnstuhl sitzt und schon seit geraumer Zeit nachdenklich die kleine Dynamomaschine in seinen Händen betrachtet. Foto: Stator Rotor Kollektor mit Kohlebürsten rbeitszimmer von Siemens Dauermagnet drehbare Spule nker Feldspulen Kommutator mit Stromzuführung Schleifringe mit Schleifkontakten Siemens (alt) Jetzt hat er ja mehr Zeit als sonst, seinen wissenschaftlichen Spekulationen nachzugehen. In diesen Kriegswochen braucht er sich nicht vom frühen Morgen bis zum späten bend um hundert Einzelheiten des Betriebes zu kümmern, braucht nicht an einer Stelle nregungen als Konstrukteur zu geben, an einer anderen nordnungen als Organisator zu treffen und an einer dritten schwerwiegende Entscheidungen als Kaufmann zu fällen. Konzentriert kann er das physikalische Problem durchdenken, das ihn schon seit Langem beschäftigt. Der nker?... Der Doppel-T-nker?!... Wie absonderlich benimmt sich der Bursche, wenn er nicht als Generator, sondern als Motor arbeiten soll! Foto: Wohl an die hundert Male hat Werner Siemens sich die Frage vorgelegt, ohne eine ntwort darauf zu finden. uch jetzt wieder scheint alles Grübeln vergeblich. Mit einem Ruck erhebt er sich und geht in den Nachbarraum hinüber, der ihm als Laboratorium dient. Säuregeruch, der von Bunsenelementen herrührt, macht sich hier bemerkbar.

8 16. Dynamomaschine und Lenz sche Regel 9 von 30 M 3 Forschen mit Grips mpère, Lenz, Faraday und Siemens ndrè-marie mpère ( ) Foto: wiki/file:mpere_ndre_1825.jpg Heinrich Friedrich Emil Lenz ( ) Foto: wiki/file:ss-faraday.jpg Michael Faraday ( ) Ernst Werner Siemens ( ) Foto: wiki/file:emil_lenz.jpg Foto: zc/bpmm4giqcpy/1845+siemens.jpg

9 10 von Dynamomaschine und Lenz sche Regel M 4 Die Dynamomaschine Geräteliste Bild: dynamomaschine-grossansicht2/ Historische Darstellung: Kommutator mit Bürsten Der nker?... Der Doppel-T-nker?!... Wie absonderlich benimmt sich der Bursche, wenn er nicht als Generator, sondern als Motor arbeiten soll! Mit einem Ruck erhebt sich Siemens und geht in den Nachbarraum hinüber, der ihm als Laboratorium dient. Säuregeruch, der von Bunsenelementen herrührt, macht sich hier bemerkbar. Werner Siemens stellt die Dynamomaschine neben die Elemente, holt aus einem Repositorium Drähte, einen usschalter und ein Galvanometer und baut sich wieder einmal zum wievielten Male wohl nun schon? Doppel-T-nker mit Wicklung Polschuh die wohlbekannte Schaltung auf, um die Erscheinung noch einmal zu beobachten. ufgaben 1. Lies noch einmal die historische Darstellung. 2. Schreibe die Originalbezeichnungen der Geräte auf, die Siemens verwendet hat. Es sind fünf Stück. 3. Übersetze diese Bezeichnungen in unsere heutige Fachsprache. Lege in deinem Heft eine Tabelle mit folgenden Spalten an: Geräte von Siemens Heutige Bezeichnung

10 12 von Dynamomaschine und Lenz sche Regel M 6 Experiment zum nlassstrom der Dynamomaschine Schülerversuch Vorbereitung: 10 min Durchführung: 15 min Geräte Versuchsaufbau r 1 Stromversorgungsgerät r 1 Gleichstrommotor (6 12 V) r 1 mperemeter r 4 Verbindungsleiter Gefahrenhinweis: Vor dem Einschalten: Lasst die Schaltung von eurer Lehrkraft abnehmen! Versuchsdurchführung (historische Darstellung): Werner von Siemens in seinem Laboratorium: Eine Schalterbewegung danach fließt Strom aus den Elementen (= Batterien) durch den nker (= Rotor) des Motors und das Galvanometer (= mperemeter). Weit schlägt der Zeiger des Instrumentes aus, während der nker sich schnurrend in Bewegung setzt, und dann... dann geht es ebenso wie auch vorher schon immer. Der Instrumentenzeiger fällt zurück, während der nker des Motors immer schneller läuft. Einen hohen singenden Ton lässt der nker jetzt vernehmen, das Zeichen, dass er auf Höchsttouren gekommen ist. Nur noch einen geringen Bruchteil der früheren Stromstärke zeigt das Galvanometer an. Mit zusammengekniffenen Lippen steht Siemens davor, fieberhaft arbeitet sein Hirn, formt Gedanken, bildet Schlüsse. ufgaben 1. Beobachte deinen Strommesser und deinen Motor beim Einschalten. Schreibe die Beobachtungen folgendermaßen in dein Heft: Eigene Versuchsbeobachtung: Dein Motor:... Dein Strommesser: Miss die nfangs- und die Endstromstärke. Ergänze die Ergebnissätze. Eigene Messungen nfangsstrom: I nfang = (nlassstrom) Endstrom: I Ende = (Dauerstrom) Ergebnis: à Der nlassstrom ist à Etwas als der Dauerstrom. den Stromfluss beim Drehen des Motors.

11 16. Dynamomaschine und Lenz sche Regel 13 von 30 M 7 Siemens Versuch einer Erklärung ufgaben 1. Die Pfeile in bbildung 1 stellen die von dir gemessenen Ströme im Elektromotor dar. Schreibe in jeden Pfeil die richtige Bezeichnung und in den Kasten daneben deinen dazugehörenden Messwert. bb Lies die historische Darstellung der Überlegungen von Werner von Siemens. Historische Darstellung: Mit zusammengekniffenen Lippen steht Siemens in seinem Labor, fieberhaft arbeitet sein Hirn, formt Gedanken, bildet Schlüsse. Der Batteriestrom ist schwächer geworden.... Ergo muss eine Kraft da sein, die ihn schwächt.... Sie ist nicht da, wenn der nker stillsteht.... Bis dahin ist die Kette der Folgerungen geschlossen. Doch schon taucht die neue Frage auf: Wie kann der rotierende nker diese Gegenkraft erzeugen? Lange Minuten verstreichen, bis es plötzlich wie eine Erleuchtung über den Grübelnden kommt, bis die gepressten Lippen sich öffnen und die Worte formen: Es ist ein Extrastrom! Es muss ja so sein nach allem, was wir durch mpere und Faraday wissen. In den Windungen eines bewegten nkers muss ein Extrastrom auftreten, der dieser Bewegung entgegenwirkt... gleichviel, ob ich den nker von außen her drehe (wie beim Generator) oder ob ich ihn durch einen hineingesandten Strom antreibe. 3. Die Pfeile in bbildung 2 veranschaulichen die Überlegungen von Siemens. Ergänze die Begriffe für die drei Ströme. 4. Errechne aus deinen Messwerten die Größe des Extrastroms. Beachte beim ufschreiben des Ergebnisses, dass Zahlen, die nach links gerichteten Pfeilen zugeordnet sind, ein negatives Vorzeichen haben. bb. 2

12 14 von Dynamomaschine und Lenz sche Regel M 8 Wir testen! Der Motor jetzt als Generator! Schülerversuch Vorbereitung: 10 min Durchführung: 20 min Geräte r 1 Stromversorgungsgerät r 1 Gleichstrommotor (6 12 V) r 1 mperemeter r 4 Verbindungsleiter Gefahrenhinweis: Vor dem Einschalten: Lasst die Schaltung von eurer Lehrkraft abnehmen! Zur Erinnerung: Es muss ja so sein nach allem, was wir durch mpère und Faraday wissen. In den Windungen eines bewegten nkers muss ein Extrastrom auftreten, der dieser Bewegung entgegenwirkt... gleichviel, ob ich den nker von außen her drehe (wie beim Generator) oder ob ich ihn durch einen hineingesandten Strom (wie beim Motor) antreibe. Ströme beim Motorbetrieb: 1. Miss noch einmal (wie bei M 6) nlass- und Dauerstrom im Motorbetrieb. - + M Schreibe auf: nlassstrom: Dauerstrom: Ströme beim Generatorbetrieb: Drehrichtung: 2. Miss bei gleicher Drehrichtung den induzierten Strom im Generatorbetrieb. Drehe mit der Hand. Notiere: Induktionsstrom: 3. Vergleiche Richtung und Größe von nlass-, Dauer- und Induktionsstrom. Ergänze: Positive Richtung:. Negative Richtung:. Motorstrom und Generatorstrom sind bei gleicher Drehrichtung. Der Extrastrom von Siemens ist der. Er entsteht auch im Motorbetrieb. Hier gilt: Dauerstrom = +.

13 16. Dynamomaschine und Lenz sche Regel 15 von 30 M 9 Siemens prüft weiter! Wir auch! Schülerversuch Vorbereitung: 10 min Durchführung: 20 min Geräte r 1 Stromversorgungsgerät r 1 Gleichstrommotor (6 12 V) Gefahrenhinweis: r 1 mperemeter r 4 Verbindungsleiter Vor dem Einschalten: Lasst die Schaltung von eurer Lehrkraft abnehmen! Beim bbremsen: Verletzungsgefahr! Siemens testet sich selbst: Waren meine Überlegungen richtig? In den Windungen eines bewegten nkers muss ein Extrastrom auftreten, der dieser Bewegung entgegenwirkt... gleichviel, ob ich den nker von außen her drehe oder ob ich ihn durch einen hineingesandten Strom antreibe. Wenn das aber so ist... dann muss ja... dann muss, wenn ich den nker in entgegengesetzter Richtung drehe, auch der Extrastrom seine Richtung wechseln. Erste Prüfung: 1. Miss bei verschiedenen Drehrichtungen den induzierten Strom im Generatorbetrieb. rechts G links Schaltung 1 Zweite Prüfung (Gedankenexperiment): Drehe mit der Hand nach rechts. Induktionsstrom:.. Drehe mit der Hand nach links. Induktionsstrom:.. 2. Betrachte die folgenden drei Versuchsanordnungen. Vergleiche mit deinen bisherigen Experimenten M STOPP M it der Ha d M Schaltung 2 Schaltung 3 Schaltung 4 3. Trage die von dir erwarteten Werte ein. I 1 = (Dauerstrom) I 2 = (Strom im Stillstand) I 3 = (Strom bei Gegendrehen)

14 16. Dynamomaschine und Lenz sche Regel 17 von 30 M 11 Die Lenz sche Regel am Fahrraddynamo Lehrerversuch Vorbereitung: 10 min Durchführung: 20 min Materialien r 1 Fahrraddynamo mit Schnurlaufrolle (z. B. 6 V; 5 W) r 1 Hebelumschalter r 1 Lampe (z. B. 3,8 V; 0,08 ) r 1 Faden (ca. 2 m) mit Massestück 50 g Versuchsaufbau G Versuchsdurchführung für mperemeter Geräte r Stativmaterial r Vertikaldemonstrationsset (Phywe) r Magnet-Hafttafel (Leybold) Rollt den Faden an der Schnurlaufrolle auf und hängt ein Massestück (50 g) an. Unter dem Einfluss des am Faden herabsinkenden Massestückes wird der Dynamo in Rotation versetzt. Zehn Schüler erhalten eine Stoppuhr. Untersucht die Sinkzeiten bei unterschiedlichen Einsatzbedingungen. r Verbindungsleiter mit Krokodilklemmen r 10 Stoppuhren oder 1 Demo-Stoppuhr ufgaben: Messt die Zeit für das Herabsinken des Massestücks bei folgenden Versuchsbedingungen: 1. Licht aus (Leerlauf) 2. Licht an (Normalbetrieb) 3. Kurzschluss (Defekt) Eigene Versuchsbeobachtung [S i =^ Messwert von Schüler i] Nr. S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 S 8 S 9 S 10 Ø 1 t 1 [in s] 2 t 2 [in s] 3 t 3 [in s] Eigene Versuchserklärung (legt eine solche Tabelle im Heft an (3 Zeilen)!) Nr. Versuchsbedingung Induktionsstrom Bremswirkung Je der Induktionsstrom, desto die Bremswirkung.

15 18 von Dynamomaschine und Lenz sche Regel M 12 Das dynamoelektrische Prinzip Fragen zum Film ufgaben Seht euch den Film aufmerksam an. Beantwortet die Fragen jeweils in Partnerarbeit. 1. Erkläre, was physikalisch abläuft, wenn es bei einem Gewitter blitzt. Tipp Es hat etwas mit der elektrischen Ladung zu tun. 2. Gib wieder, welche Entdeckungen für die Entwicklung des Elektromagnetismus besonders wichtig waren. Fülle hierzu den Lückentext aus. 1820: Hans Christian Oersted entdeckt, dass Strom eine ablenkt. 1825: Michael Faraday erkennt, dass die Bewegung eines in einer elektrischen Leitung eine erzeugt. 1866: Werner Siemens erzeugt durch die rotierende Bewegung des im Magnetfeld Strom. 3. Erläutere, was mit dem dynamoelektrischen Prinzip gemeint ist. Tipp Einen Permanentmagneten benötigte Siemens in seiner Dynamomaschine nicht. 4. Nenne die wesentlichen Bestandteile der Dynamomaschine. 5. uch Turbinen dienen der Energiegewinnung. Welche natürliche Energiequelle nutzt man bei Turbinen? 6. Gib an, wie viel Volt etwa Hochspannungsleitungen haben, um einen verlustarmen Energietransport zu ermöglichen. 7. Siemens entwickelte auch den Zeigertelegrafen zur Nachrichtenübertragung. Beschreibe, wie ein Zeigertelegraf funktioniert. 8. Welche Voraussetzung müssen Kabel erfüllen, um auf dem Meeresboden verlegt werden zu können? Blitz usdruck gewaltiger Energie Zeigertelegraf von Siemens Foto: Louis Saul Foto: Pixelio

16 16. Dynamomaschine und Lenz sche Regel 19 von 30 Erläuterungen und Lösungen Zeigen Sie zur Motivation den 15-minütigen Film, den Sie auf der CD-ROM 23 finden. M 1 Die Telegrafen-Bau-nstalt von Siemens & Halske Die Lernenden sollen diesen kurzen bebilderten Text selbstständig lesen und die drei Fragen beantworten. Der Text stimmt auf die folgenden Experimente und Erkenntnisse ein, die dem historischen Vorbild nachempfunden sind. Bieten Sie zur Beantwortung der Fragen Bearbeitungshilfen an: Dies können beispielsweise Bücher aus der Schulbibliothek sein, in denen die Gründerzeit, die Reichsgründung am 18. Januar 1871 in Versailles, die Industrialisierungsbemühungen im 19. Jahrhundert oder die Ereignisse im Umfeld des Deutsch-Französischen Krieges 1870/71 beschrieben werden. Erweiterungsmöglichkeiten stellen Texte zur Mode, zu Möbeln sowie zur rchitektur dieser Epoche dar. uch ein oder mehrere Computer mit Internetzugang sind als Bearbeitungshilfe geeignet. Mögliche Informationsquellen sind: Geschichte: Möbel: Mode: rchitektur: Lösungen 1. Nach der Kindheit werden drei Lebensabschnitte vorgestellt. 1. Etappe: Studium an einer rtillerie- und Ingenieurschule 2. Etappe: Siemens als Erfinder 3. Etappe: Siemens als Unternehmer Januar 1871: Gründung des Deutschen Reiches Zu diesem Zeitpunkt war Werner Siemens 54 Jahre alt. m 18. Januar 1871, gegen Ende des Deutsch-Französischen Krieges, fand im Spiegelsaal des Schlosses von Versailles die Ernennung des Königs von Preußen, Wilhelm I., zum Deutschen Kaiser statt. 3. Gründerzeit ls Gründerzeit wird in Deutschland und Österreich die wirtschaftliche Phase im 19. Jahrhundert von der Reichsgründung (18. Januar 1871) bis zum großen Börsenkrach von 1873 bezeichnet. In dieser Zeit schreitet die Industrialisierung in Mitteleuropa, deren nfänge in den 1840er-Jahren liegen, beträchtlich voran. (Quelle: In der Gründerzeit entwickelte sich auch ein relativ eigenständiger Stil in der Mode, bei Möbeln und in der rchitektur. In diesen Bereichen wird das Ende der Gründerzeit häufig sogar zur Jahrhundertwende oder danach gesehen.