Enseignement secondaire technique

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1 Enseignement secondaire technique Régime technique Division technique générale Cycle supérieur Section technique générale Électrotechnique Classe de 1GE Nombre de leçons: 3.0 Nombre minimal de devoirs: Au moins devoirs par période; il est souhaitable que la durée totale des devoirs par période soit égale à la durée hebdomadaire de cours. Langue véhiculaire: Allemand Enseignement secondaire technique Régime technique Division technique générale Electrotechnique Classe de 1GE Manuel(s) obligatoire(s): 1. Grundlagen und Bauelemente der Elektrotechnik Hanser-Verlag ISBN Manuels recommandés: Livres du maître: Nombre de leçons: 3 I. Gleichstromkreis Lernziel Inhalte methodische Hinweise Rz Grundgrößen des elektrischen Stromkreises kennen und beschreiben können Messtechnische Grundlagen kennen und anwenden können -Elektrische Ladung -Elektrischer Strom -Elektrische Spannung -Strom- und Spannungsarten -Gefahren des elektrischen Stromes -Vorschriften im Labor -Arten von Messfehlern -Güteklasse -Gebrauchsanweisung eines Multimeters Die elektrische Ladung, Strom, Spannung, das ohmsche Gesetz, der Leiterwiderstand und die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes sind dem Schüler aus dem Physikunterricht der 10ten Klasse bekannt und sollen wiederholt und anhand einiger Aufgaben vertieft werden (siehe RLP Physik 10TG Klasse, tes Trimester). 1/7

2 Elektrischen Widerstand beschreiben und -Absoluter und relativer Fehler -Ohmsches Gesetz -Leiterwiderstand -Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes -Verbraucher mit linearen und nichtlinearen Kennlinien Metallfadenlampe, Kohlefadenlampe und Konstantanwiderstand -direkte und indirekte Widerstandsmessung -Technische Ausführung von Widerständen 6 Kirchhoffsche Gesetze kennen und anwenden können -Kirchhoffsche Gesetze -Reihenschaltung Vorwiderstand -Parallelschaltung -gemischte Schaltungen Messung, Simulation und Berechnung einer gemischten Schaltung Strom- und Spannungsfehlerschaltung -unbelasteter, belasteter Spannungsteiler belasteter Spannungsteiler -Technische Ausführung von Spannungsteilern -Die Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen ist dem Schüler aus dem Physikunterricht der 10ten bekannt (siehe RLP Physik tes Trimester). -Beim belasteten Spannungsteiler soll das Querstromverfahren behandelt werden. -Einsatz von Tabellenkalkulationsprogrammen zur Veranschaulichung der Zusammenhänge beim Spannungsteiler Überprüfung von rechnerisch gelösten Aufgaben anhand von Simulationsprogrammen z.b. Pspice, Electronic Workbench ) 16 Reale Spannungsquellen beschreiben und -Unterschied zwischen idealer und realer Spannungsquelle beschreiben können. -Grundbegriffe kennen, Belastungskennlinie einer Spannungsquelle aufnehmen, zeichnen und erklären können. Leerlauf, Belastung, Kurzschluss -Ersatzschaltung kennen -Rechenaufgaben lösen -Reihenschaltung -Parallelschaltung -Keine Rechenaufgaben zur Parallelschaltung -Die Formeln (U kl = f(uq,ri,i); I K = f(uq,ri))sollen von den Schülern im Laborversuch selbständig abgeleitet werden. -Die Solarzelle kann als mögliche Spannungsquelle aufgefasst werden. (Eventuell im Laborversuch I K, U q ermitteln) 6 /7

3 Elektrische Arbeit, Leistung und Wirkungsgrad von elektrischen Verbrauchern messen und Einfache Netzwerke -Elektrische Arbeit und Leistung berechnen, graphisch darstellen und messen können. Indirekte und direkte Leistungsmessung -Wirkungsgrad berechnen können. -Energieumwandlung technischer Geräte berechnen können. -Maschenregel (ΣU=0) -Knotenregel (ΣI=0) -Gleichungssysteme aufstellen und lösen -Wheatstonsche Brückenschaltung -Zusammenhang zwischen elektrischer Arbeit und Leistung in einem P-t Diagramm erkennen und die Arbeit bestimmen können (graphische Integration). -Energieumwandlungsprozesse erkennen und physikalisch beschreiben können. -Energiemessung von Alltagsgeräten -Leistung von Solarzellen (Aufgabe) -Es soll verstärkt auf das Rechnen mit Gleichungssystemen geachtet werden. (Die Matrizenrechnung x kennen die Schüler aus dem Mathematikunterricht) -z.b. Wheatstonsche Brücken-schaltung als Netzwerk berechnen und Anwendungsbeispiele demonstrieren 6 5 II. Elektrisches Feld Elektrische Feldlinienbilder von einfachen Anordnungen graphisch darstellen Elektrische Feldgrößen zur Beschreibung des elektrischen Feldes kennen und Influenz und Abschirmung im elektrischen Feld erklären Kondensator als Ladungsspeicher beschreiben und -Punktladung: pos., neg. - Punktladungen: pos. und Neg. - parallele Platten -Platte Spitze -Eigenschaften von elektrischen Feldlinien kennen -elektrische Feldstärke -Durchschlagsfeldstärke -elektrische Verschiebungsdichte -Influenz und Abschirmung von elektrischen Feldern beschreiben können -Q=f(U) -C = f(ε,a,d) -Demoversuche mit anschließender Aufzeichnung der Feldlinienbilder -Feldlinienbilder im Internet -Ausgangspunkt: parallele Platten -Demoversuch zur Influenz -Demoversuch zur Abschirmung: -Faraday Käfig, Koax Kabel -Q = f(u) kennen die Schüler aus dem Physikunterricht (11TG) 1 0,5,5 3/7

4 Kapazität eines Plattenkondensators berechnen Reihen- und Parallelschaltung von Kondensatoren Auf- und Entladevorgang von Kondensatoren graphisch und rechnerisch darstellen Energie des elektrostatischen Feldes berechnen können -Gesamtladung -Ersatzkapazität berechnen -Zeitlicher Verlauf von Spannung und Strom aufnehmen Aufnahme des Strom- und Spannungsverlaufs beim Auf- und Entladen eines Kondensators -Definition der Zeitkonstanten kennen -Exponentialfunktion graph. und Rechn. darstellen -Anfangs- und Endwertmethode kennen und Aufgaben lösen können -Energie des elektrostatischen Feldes -Einführung in das Messen mit dem Oszilloskop -Laborversuch (Aufnahme des Strom- und Spannungsverlaufs mit Multimeter und Stoppuhr bzw. dem Oszilloskop bzw. Schreiber) -Untersuchen des Einflusses von R und C auf die Zeitkonstante. -Strom- und Spannungsmessung mit dem Oszilloskop 1 1 III. Magnetisches Feld Magnetische Feldlinienbilder darstellen und beschreiben Magnetische Feldgrößen kennen und berechnen können Dauermagnet, stromdurchflossener Leiter und stromdurchlossene Spule -Feldlinienbilder -Eigenschaften magnetischer Felder -Zusammenhang zwischen Stromrichtung und Magnetfeldrichtung kennen Magnetischer Fluss Magnetische Flussdichte Elektrische Durchflutung Magnetische Feldstärke Magnetischer Widerstand -Magnetischer Widerstand einer Spule mit und ohne Eisen -Bemessungsgleichung des magnetischen Widerstandes -Das Magnetische Feld eines Dauermagneten und eines stromdurch-flossenen Leiters kennen die Schüler aus dem Physikunterricht der Klasse 11TG -Analogie von elektrischen und magnetischen Feldgrößen -Der magnetische Kreis soll ohne Luftspalt behandelt werden. 4/7

5 Magnetische Feldkonstante Permeabilitätszahl Dia, - Para, -und Ferromagnetische Werkstoffe Magnetisierungskennlinien -Zusammenhang zwischen Magnetflussdichte und magnetischer Feldstärke Luftspule Spule mit ferromagnetischem Kern Magnetische Hystereseschleife Arten von Hystereseschleifen Kraftwirkungen im Magnetfeld Magnetische Induktion Kraftwirkung auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld -Graphische Darstellung -Linke-Hand-Regel (Motorregel) -Ableitung der Abstoßungskraft und der Lorentzkraft. (Anwendung des Vektorproduktes) -Drehmoment einer drehbar gelagerten Spule im Magnetfeld Kraftwirkung zwischen stromdurchflossenen Leitern -Ableitung der magnetischen Kraft -Anziehung und Abstoßung von stromdurchflossenen parallelen Leitern Induktion der Bewegung -Bewegung eines stromlosen Leiters im konstanten magnetischen Feld Graphische Darstellung Richtung der induzierten Spannung in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung -Hinweise Vektorprodukt (Mathematik, Physik, Mechanik) -Anwendungen demonstrieren und diskutieren (Motor und Drehspulmesswerk) 5 5/7

6 -Bewegung eines stromdurchflossenen Leiters im konstanten magnetischen Feld Rechte-Hand-Regel (Generatorregel) Lenzsche Regel -Induktionsgesetz bei bewegten Leitern und Spulen im konstanten magnetischen Feld Graphische Darstellung Abhängigkeit der induzierten Spannung von der Flussänderungsgeschwindigkeit Abhängigkeit der induzierten Spannung von der Geschwindigkeit Induktionsgesetz bei Rotation Induktion der Ruhe -Induktionsgesetz bei ruhenden Leitern oder Spulen im zeitlich veränderlichen magnetischen Feld -Induktionsgesetz der Ruhe -Vorzeichen der induzierten Spannung -Induktivität einer Spule Ableitung der Formel Induktionsgesetz in Abhängigkeit der Induktivität und der Stromänderungsgeschwindigkeit -Transformatorprinzip Aufbau eines Transformators Wirkungsweise eines idealen Transformators beschreiben können. Spannungen, Ströme und Widerstände Laborversuch: Transformator an Gleich- und Wechselspannung. Spannungs- Strom und Widerstandsübersetzung beim Transformator 6/7

7 Le programme est valable pour les classes suivantes: 1GE 7/7