Geht dir ein Licht auf?

Transkript

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2 Geht dir ein Licht auf? Im folgenden Experiment wirst du erfahren, wie du mit einfachen Mitteln ein Lämpchen zum Leuchten bringst. Materialien - Glühlämpchen - Flachbatterie Auftrag Die folgenden Abbildungen 1 zeigen dir verschiedene Möglichkeiten, wie man die Glühlampe an die Batterie halten kann. Überlege dir, in welcher Situation das Lämpchen zu leuchten beginnt und überprüfe anschliessend deine Vermutung. Brennt das Lämpchen? Schreib hier deine Vermutung auf! Brennt das Lämpchen? Schreib hier dein Testergebnis auf! 1 Abbildung entnommen aus:

3 Beschreibe nun mit eigenen Worten, wie man das Lämpchen an die Batterie halten muss, damit es leuchtet. Benutze hierfür die notwendigen Fachbegriffe, die in den beiden Abbildungen 1 2 und 2 verwendet werden. Abbildung 1: Die Bestandteile einer Glühbirne. Abbildung 2: Flachbatterie. Minus-Pol (-) und Plus-Pol (+) sind eingezeichnet. 2 Abbildung entnommen aus:

4 Leiter und Nichtleiter Im folgenden Experiment wirst du erfahren, welche Materialien den Strom leiten und welche nicht. Materialien - Fassung - Glühlämpchen - Flachbatterie - drei Drähte - vier Krokodilklemmen - Schraubenzieher - Gegenstände aus verschiedenen Materialien zum Testen Auftrag Was vermutest du: Welche Materialien leiten grundsätzlich den Strom, welche nicht? Schreib deine Gedanken hier auf. Bevor du nun verschiedene Gegenstände testest, ob sie den Strom leiten oder nicht, fülle die ersten drei Spalten in der Tabelle aus. Trag ein, welchen Gegenstad du testen möchtest und aus welchem Material er besteht. Des Weiteren gibst du an, ob der jeweilige Gegenstand den Strom leitet oder nicht (Vermutung). Gegenstand/ Material Vermutung Ergebnis Leiter Nichtleiter Leiter Nichtleiter

5 Um zu überprüfen, ob deine Vermutungen richtig sind, kannst du nun die Gegenstände zwischen den beiden Krokodilklemmen einklemmen, genauso, wie die Maus in der Abbildung 3 unten auch. Wenn der Gegenstand den Strom leitet, beginnt das Lämpchen zu leuchten. Wenn es ein Nichtleiter ist, dann leuchtet das Lämpchen nicht. Notiere das Ergebnis in der Tabelle oben (Ergebnis). Stimmen deine Vermutungen mit deinen Beobachtungen überein? Was sind die Gemeinsamkeiten derjenigen Gegenstände, die den Strom leiten? Notier hier deine Überlegungen. 3 Abbildung entnommen aus:

6 Spürst du den Strom? Im folgenden Experiment wirst du den Strom auf der Zunge spüren. Materialien - halbe Zitrone - Kupfernagel - Zinknagel Auftrag Nimm die halbe Zitrone und steck den Kupfernagel und den Zinknagel in das Fruchtfleisch. Achte darauf, dass die beiden Nägel nicht zu weit auseinanderliegen (ca. 1.5 cm). Halt nun deine Zunge an die beiden Nägel. Wie fühlt es sich an? Beschreib, was du spürst. Halt nun deine Zunge gleichzeitig an den Plus-Pol und den Minus-Pol der Flachbatterie. Wie fühlt es sich an? Beschreib, was du spürst. Was stellst du fest, wenn du das Gefühl beim Zitronenexperiment mit demjenigen beim Experiment mit der Flachbatterie vergleichst? Notier hier deine Schlussfolgerungen!

7 Hintergrundinformationen Dem Strom auf der Spur Experimente rund um den Stromkreis Inhalt 1 Geht dir ein Licht auf? Ein Mini-Stromkreis. 2 Leiter und Nichtleiter Welche Gegenstände leiten Strom, welche nicht? 3 Spürst du den Strom? Mit einer Zitrone den Strom spüren. Hinweise und Erklärungen für die Lehrperson Die folgenden drei Experimente stammen aus dem Themenbereich Elektrizität. 1. Geht dir ein Licht auf? 1 Bei diesem Experiment bauen die Schülerinnen und Schüler einen einfachen Stromkreis und bringen ein Lämpchen zum Leuchten. Eine Glühlampe besteht aus einem Glaskörper, dem Schraubsockel mit Gewinde, einem Fusskontakt, Zuleitungsdrähten und dazwischen einem Glühdraht. Der Fusskontakt stellt dabei den ersten Kontakt zur Batterie her, während dem der Schraubsockel den zweiten Kontakt herstellt. Nur wenn beide Kontaktstellen mit je einem Pol der Batterie verbunden sind, ist der Stromkreis geschlossen. An die Kontakte angeschlossen sind die Zuleitungsdrähte, welche den Strom ins Zentrum zum Glühdraht leiten. Fliesst nun Strom, gelangen also Elektronen vom Minus-Pol zum Plus-Pol, wird der Reibungswiderstand beim Glühdraht so gross, dass er sich erwärmt und zu leuchten beginnt: die Lampe brennt. Damit der Glühdraht nicht gleich verbrennt, ist der Glaskörper mit Edelgas gefüllt. Wäre Luft darin, würde der Glühdraht sofort durchschmoren. Ein einfacher Stromkreis besteht nur aus einer Glühlampe und einer Batterie (siehe Abbildung 1). 1 Alle Angaben entnommen und angepasst aus: Dietrich, D., Klecha, A. und Müsken, Y. (2011). Forscherboxen Naturwissenschaft und Technik Strom. Spectra-Lehrmittel-Verlag GmbH: Essen. Pädagogische Hochschule Thurgau Weiterbildung und Dienstleistungen Unterer Schulweg 3 Postfach CH-8280 Kreuzlingen 2 Tel. +41 (0) Fax +41 (0) weiterbildung@phtg.ch

8 Abbildung 1: Ein einfacher Stromkreis. (Abbildung entnommen aus: Hinweise zur Durchführung - Sozialform: Teamarbeit, Plenum - Material: Glühlämpchen 3,5 V, Flachbatterie 4,5 V 2. Leiter und Nichtleiter Bei diesem Experiment erfahren die Schülerinnen und Schüler, welche Materialien den Strom leiten können und welche nicht. Es gibt Stoffe, die den elektrischen Strom leiten und solche, die ihn nicht leiten: Stoffe, durch die der elektrische Strom fliessen kann, nennt man Leiter. Beispiele: Metalle (Eisen, Kupfer, Aluminium etc.), Wasser, menschlicher Körper, Graphit (Bleistiftmine). Stoffe, durch die der elektrische Strom nicht fliessen kann, nennt man Nichtleiter (= Isolatoren). Beispiele: Glas, Porzellan, Papier, Gummi, Kork, Kunststoff, Holz. Hinweise zur Durchführung - Sozialform: Teamarbeit - Material: Fassung und Glühlämpchen 3,5 V (z. B. von Flachbatterie 4,5 V, drei Drähte, vier Krokodilklemmen, Schraubenzieher, Gegenstände aus verschiedenen Materialien zum Testen 3. Spürst du den Strom? 2 Bei diesem Experiment wird mit einer Zitrone ein schwacher Strom erzeugt, der mit der Zunge als kribbeln wahrgenommen werden kann. Negativ geladene Atome geben gerne ihren Überschuss an Elektronen an positiv geladene Teilchen ab. Die positiv geladenen Teilchen nehmen dabei die Elektronen auf. Fliessen nun Elektronen von den negativ geladenen Teilchen auf positiv geladene Teilchen, liegt ein Stromfluss vor. Damit der Austausch von Elektronen möglich ist, müssen ein Pluspol, der Elektronen aufnimmt, und ein Minuspol, der Elektronen abgibt, vorhanden sein. Des Weiteren braucht es einen Leiter, der die Elektronen übertragen kann, sowie einen Elektrolyten. Im vorliegenden Experiment sind diese Bestandteile folgende Materialien (vgl. hierzu Abbildung 2): Minuspol: Pluspol: Leiter: Elektrolyt: Zinknagel Kupfernagel Zunge Zitronensaft 2 Alle Angaben entnommen und angepasst aus: Pädagogische Hochschule Thurgau Seite 2

9 Die Säure in der Zitrone erzeugt eine chemische Reaktion, die den beiden Metallen positiv geladene Teilchen (sogenannte Ionen) entzieht. Die Zitronensäure entzieht aber dem Zink in der gleichen Zeit mehr positiv geladene Teilchen als dem Kupfer, weshalb das Zink anschliessend eine grössere negative Ladung aufweist als das Kupfer. Das Zink ist gegenüber dem Kupfer also negativ geladen. Verbindet man nun die beiden Nägel miteinander, z.b. indem man die Zunge daran hält, können die Elektronen vom Zink zum Kupfer fliessen, um den Ladungsunterschied auszugleichen. Es fliesst also Strom, was man als Kribbeln auf der Zunge spürt. Dieser Vorgang läuft solange ab, bis die Zitronensäure keine Ionen mehr aus den Metallen herauslösen kann bzw. bis der Ladungsunterschied ausgeglichen ist. Abbildung 2: Eine Zitronenbatterie (Abbildung entnommen aus: k/zitronenbatterie.php5). Hinweise zur Durchführung - Sozialform: Einzel- oder Teamarbeit - Material: halbe Zitrone, Kupfernagel, Zinknagel Pädagogische Hochschule Thurgau Seite 3