NEUWIED. Änderung der Leitfähigkeit verschiedener Stoffe. ZfP-Sonderpreis der DGZfP beim Regionalwettbewerb Jugend forscht.

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1 ZfP-Sonderpreis der DGZfP beim Regionalwettbewerb Jugend forscht NEUWIED Änderung der Leitfähigkeit verschiedener Stoffe Lisa Lindner Schule: Private Realschule der Ursulinen Calvarienberg Jugend forscht 2013

2 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Kurzfassung Einleitung Vorgehensweise Ergebnisse Diskussion Quellen- und Literaturverzeichnis

3 Kurzfassung In meinen Versuchen will ich die Leitfähigkeit von Stoffen prüfen und verändern. Bei den verschiedenen Vorversuchen hat sich herausgestellt, dass unlegierte Drähte ( z.b. Kupfer) am besten leiten. Nasse Stoffe wie Haut leiten besser als trockene Stoffe. Wasser leitet kaum, genauso wie Eis. Laugen leiten etwas besser und Säuren noch besser, aber immer noch schlecht im Vergleich zu Metallen. Die meisten Stoffe leiten gar nicht wie Glas, Holz und Schwefel. Salzwasser leitet viel besser als Wasser, bei 5g Salzgehalt leitet das Salzwasser am besten, bei 10g & 1g leitet es wieder schlechter (bei 10g leitet es 6mA schlechter). Wenn man in den Stromkreislauf eine Glühbirne schaltet sind die Werte viel kleiner und die Drähte haben alle die gleichen Werte 170 ma. Denn je mehr Widerstand vorhanden ist so schlechter wird der Strom geleitet. Weniger Widerstand bedeutet bessere Stromleitung. Bei dem Versuch Zinn mit Natrium Chlorid einzuschmelzen gab es das Problem das das Salz einen zu hohen Schmelzpunkt hat. Einleitung Das Thema hat eine besondere Bedeutung heute und zukünftig, da z.b. Elektrische Energie aus Windkraftanlagen an der Nordsee in südliche Bundesländer geleitet wird. In verschiedenen Versuchen habe ich versucht die elektrische Leitfähigkeit zu Verändern. Eine Möglichkeit elektrische Energie zu gewinnen ist durch Wasserspaltung zu gewinnen mit dem Hoffmanscher Wasserzersetzungs-Apparat. Dabei wird 2H 2 O => 2H 2 + O 2

4 Aus Wasser wird Wasserstoff + Sauerstoff. Weitere Möglichkeiten sind Sollarzellen, Wasserwerke, Kraftwerke und Windräder. Die elektrische Energie wird über Seekabel, Hochspannungsleitungen oder Bodenkabel weitergeleitet. Normal wird elektrische Energie über Hochspannungsleitungen geleitet. Von dem dem Erzeuger zum Verbraucher. Hochspannungsleitungen leiten elektrische Energie über große Distanzen. 1 Das Leiterseil besteht meist aus einer Stahlseele (wegen der Zugfestigkeit ) umseilt mit Kupfer- oder Aluminium-Drähten (wegen des geringen ohmschen Wiederstand ). Bei der Energieübertragung in Hochspannungsleitungen treten Verluste durch den ohmschen Leitungswiderstand auf. Dies äußert sich in thermischen Verlusten. Vorgehensweise Bei den Versuchen habe ich Krokodielklemmen verwendet um die verschiedenen Stoffe mit der Batterie und dem Messgerät zu verbinden. Mit dem Messgerät habe ich dann die Weiterleitung des Stroms gemessen, wobei das Messgerät von 6000mA bis 0,01mA misst. Zuerst habe ich die Metalle Konstantan, Nickel Chrom und Kupfer mit einem Widerstand in Form einer Glühbirne an das Messgerät angeschlossen. Als dabei keine großen Unterschiede waren und die Ampere zwischen 150 und 170 lagen. Habe ich den Widerstand weggelassen und die Länge der Drähte von 4cm auf 25cm und 50cm verlängert. Dabei hat sich gezeigt das Kupfer ohne Widerstand bei einer Länge von 25cm am besten Leitet. Danach habe ich getestet ob es noch andere Gegenstände gibt die nicht aus Metall bestehen und trotzdem ein guter Leiter sind. Bei einem Glasrohr von 15,6cm läge und bei Schwefel ketten von ca. 20cm Länge gab es keinen Ausschlag bei der kleinsten Einheit 0,01mA. Sehr schlechte Leiter sind Wasser, nasse und trockene Haut. Wenn man Wasser in eine Petrieschale mit der Länge 10cm füllt und das Ampermeter einschaltet erhält man erst einen Ausschlag bei der kleinsten Einheit und das nur bis 0,13mA. Nasse Haut leitet 0,04mA mehr als trockene Haut die nur 0,01mA leitet und nasse Haut 0,05mA. Gefrorenes Wasser leitet besser als Wasser in flüssiger Form. Ein Eiswürfel von der Länge 3,5cm leitet 3,8mA und damit 3,67mA schlechter als normales Leitungswasser.

5 Salzwasser leitet je nach seiner Konzentration besser oder schlechter. Bei den drei Versuchen mit 1g, 5g und 10g Salzgehalt leitete die Lösung mit 5g Salz am besten. Aluminiumfolie und Bleistift Minen sind die besten Leiter der Nicht Metalle. Wobei Aluminiumfolie noch besser Leitet als Kupfer und deswegen auch in Hochspannungsleitungen verwendet wird. Ergebnisse Drähte Draht Durchmesser des Drahtes Draht Länge Stromleitung in ma Konstantan 0,4mm 4cm 170 Mit Konstantan 0,4mm 4cm 310 Ohne Konstantan 0,4mm 25cm 180 Mit Konstantan 0,4mm 25cm 370 Ohne Nickel Chrom 0,4mm 4cm 150 Mit Nickel Chrom 0,4mm 25cm 103 Mit Nickel Chrom 0,4mm 25cm 290 Ohne Nickel Chrom 0,4mm 50cm 150 Mit Nickel Chrom 0,4mm 50cm 270 Ohne Mit oder ohne Glühbirne

6 Kupfer 0,4mm 4cm 170 Mit Kupfer 0,4mm 25cm 188 Mit Kupfer 0,4mm 25cm 490 Ohne Kupfer 0,4mm 50cm 150 Mit Kupfer 0,4mm 50cm 270 Ohne Sonstiges Gegenstand Länge in cm Stromleitungin ma Glasrohr 15,6 0 Schwefel 20 0 Wasser 10 0,13 Nasse Haut 1,5 0,05 Trockene Haut 1,5 0,01 Salzwasser (1g Salz) Salzwasser (5g Salz) Salzwasser (10g Salz) Eiswürfel 3,5 3,8 Aluminiumfolie Bleistift Minen Die Versuche haben gezeigt, dass Kupfer auf eine Distanz von 25cm am besten von allen Stoffen leitet. Umso weniger Widerstand je mehr leiten die Stoffe, also ohne Glühbirne wird der elektrische Strom am besten weiter geleitet. Einige der Stoffe leiten den Strom nicht weiter, da sie keine beweglichen Elektronen haben. Diskussion Die Versuche könnte man noch weiter führen und versuchen durch eine heißere Flamme das Salz zu Schmelzen und mit gut leitenden Metallen wie Kupfer und Aluminium verbinden. Außerdem könnte man alle Versuche mit der gleichen Volt zahl durchführen und nicht am Anfang mit einer Batterie. Da diese nach einiger Zeit an Spannung verliert und so die Ergebnisse automatisch immer niedriger werden. 2 Trotzdem stimmen die Ergebnisse der meisten Stoffe mit andere

7 Forschungsergebnissen überein. Weiterhin könnte man Versuchen heraus zu finden wieso es bei Supraleitern keinen Widerstand gibt. Und damit versuchen es auch auf Kupfer und Aluminium anzuwenden um die thermischen Verluste zu reduzieren. Oder es auf einen billigeren Stoff zu über tragen. Quellen- Literaturverzeichnis