Gefahren des elektrischen Stroms

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1 Dietrich Hinkeldey Gefahren des elektrischen Stroms Physik im Kontext Physik im Kontext Sekundarstufe ufe I Dietrich Hinkeldey e Downloadauszug aus dem Originaltitel: Magnetismus, Elektrizität und magnetismus

2 Gefahren des elektrischen Stroms Physik im Kontext Dieser Download ist ein Auszug aus dem Originaltitel Magnetismus, Elektrizität und Elektromagnetismus Über diesen Link gelangen Sie zur entsprechenden Produktseite im Web.

3 Inhaltsverzeichnis 2 Vorwort CD-Zusatz 3 (Kl. 7/8) 3 Didaktisch-methodische Hinweise Editierbare Gefährdungsbeurteilungen 3 Themeneinstieg Hilfen 4 Versuche Lösungen der Versuche 4 Highlight-Versuch Editierbarer Test (mit Lösungen) Aufgaben zum Weiterdenken (mit Lösungen) Aufgaben zum Weiterdenken (mit Lösungen) Inhaltsverzeichnis 1

4 Vorwort Ein neues Arbeitsbuch zu den Themen Magnetismus, Elektrizität und Elektromagnetismus sind da nicht schon genug auf dem Markt? Das vorliegende Buch bietet Ihnen die Möglichkeit, all diese Themengebiete mit Schülerversuchen in Partner- oder Kleingruppenarbeit zu erarbeiten. Nur an den Stellen, bei denen es sicherheitstechnisch nicht möglich ist, wurde auf Lehrer-Demonstrationsversuche zurückgegriffen. Denn in der heutigen Zeit lassen sich jede Menge Animationen zu physikalischen Versuchen im Internet finden, die man den Jugendlichen präsentieren könnte. Das sieht alles perfekt aus und ist leicht zu handhaben. Aber es bleibt eine second-life-erfahrung. Die Schüler begreifen die Zusammenhänge nicht unmittelbar. Sie werden dabei nicht selbst tätig und erfahren die Naturgesetze nicht durch selbst durchgeführte Versuche. Schülerversuche erfordern gewiss etwas mehr Zeit als eine gleichartige Lehrerdemonstration. rdem Aber der Erkenntnisgewinn ist umso nachhaltiger. Das vorliegende Buch bietet daher Ihnen als Lehrkraft und Ihren Schülerinnen nen und Schülern 1 in neun Ka piteln: den Physikstoff bis zum Mittleren Bildungsabschluss; einen Überblick zu Beginn eines jeden Kapitels zu Zeitbedarf, Klassenstufe, Ziel, besonderes Material, Sozialformen, Präsentationsformen rmen und Stolpersteine, ggf. Informationen ; einen motivierenden Einstieg und erste Fragen zu dem jeweiligen Themenkomplex, mplex, die am Ende des Kapitels beantwortet werden können; nen; Anleitungen zu Schülerversuchen; Lehrer-Demonstrationsversuche ersuche erscheinen nur, wenn die aus Sicherheitsgründen heitsgründen notwendig ist; zu jedem Kapitel mindestens einen Highlight-Versuch ; jedes Kapitel endet mit dem Rückblick, der auf die ersten Fragen verweist; jeweils ein Test, mit dem Sie den Lernfortschritt tt Ihrer Schüler überprüfen können; Aufgaben zum Weiterdenken für die schnellen und guten Schüler. Die Versuche enthalten: eine allgemeine Einordung des Versuchs zu Beginn mit einem Verweis auf die Bildungsstandards der KMK (vgl. Anhang auf CD) und dem jeweiligen Kontextbezug (mit Bild); den klassischen Aufbau u eines Versuchsprotokolls (Material, Anleitungen, Beobachtungen usw.); sofern nötig, werden elektrische Leitungen bzw. das genaue Stativmaterial nicht extra aufgeführt; immer mer wieder Verweise auf Hilfestellungen (auf der CD) zur Stärkung des selbstständigen Arbeitens; genug Raum, um Versuchsskizzen anzufertigen und Beobachtungen einzutragen; Erkenntnisse, ntnisse, die je nach Klassenstufe und Schwierigkeitsgrad als Lückentext, Multiple Choice oder offene e Felder gestaltet sind. Auf der beigefügten CD finden Sie zu jedem Kapitel: Gefährdungsbeurteilungen, soweit nötig, in editierbarer Form; alle Hilfen zum Ausdrucken; alle Lösungen zu den Versuchen zum Ausdrucken; den Test in editierbarer Form (Aufgabenversion und Lösungen) Aufgaben zum Weiterdenken zur Differenzierung (mit Lösungen), ebenfalls mit Bezug zu den Bildungsstandards. Dietrich Hinkeldey 1 Aufgrund der besseren Lesbarkeit ist in diesem Buch mit Schüler auch immer Schülerin gemeint, ebenso verhält es sich mit Lehrer und Lehrerin. Vorwort 2

5 Didaktisch-methodische Hinweise 6 Stunden 7/ 8 Gefahren im Umgang mit elektrischem Strom kennen und benennen, sowie sich angemessen verhalten; die Hauselektrik in groben Zügen kennen Experimentiergruppen mit 3 (max. 4) Schülern; Rechercheaufgaben in Partnerarbeit ein Stück frisches Fleisch, dünne Aluminiumstreifen (Lametta), ein geöffneter Sicherungsautomat, Stecker, Kupplungen, 3-adrige Kabelstücke Plakat gestalten: Verhalten im Umgang mit elektrischem Strom ; Auftrag: Erstellt in der Experimentiergruppe ein Plakat zu dem m Thema: Verhalten im Umgang mit elektrischem Strom. Die Faszination von Versuchen mit 220 V darf nicht zum Nachahmen führen. Ebenso der e Drang, angeregt durch den Unterricht,, nun verschiedenste enste Geräte und Installationsteile aufzuschrauben, muss in sichere Bahnen gelenkt werden. Themeneinstieg Schlagzeilen von Elektrounfällen: llen: Die folgenden Zeitungsschlagzeilen len geben den Anlass zu einer er ersten Gesprächsrunde über die Gefahren des elektrischen Stroms. Die möglichen Gefahren werden an der Tafel bzw. dem Flipchart gesammelt. Tod durch Föhn in der Badewanne Zimmerbrand durch manipulierte ierte Sicherung Lähmung durch Blitzschlag Kabelbrand legt Flughafen lahm Bauarbeiter durch Stromschlag getötet Alternativ dazu können echte aktuelle Unfallberichte gesucht (Suchbegriffe: Elektrounfall + Jahr) und vorbereitet werden, z. B: B.: g gt-stro ( ) p rta ( ) Erste Fragen: 1. Was passiert im Menschen, wenn er mit Strom in Berührung kommt? Die Körperzellen leiten den elektrischen Strom. Sie werden erhitzt, kochen und zerplatzen. Es entstehen Giftstoffe, das Blut verklumpt und die Muskeln werden gelähmt. 2. Ab wann wird elektrischer Strom gefährlich? Unter 25 V ist elektrischer Strom nicht lebensgefährlich, es sind aber lokale Verbrennungen bei großer Stromstärke möglich. 3. Wie kann man sich Sichern? Vorsichtsmaßnahmen: Verhaltensregeln beachten, Sicherungen verwenden und nicht selbst Hand an die Stromanlage legen. 4. Was ist ein Schutzleiter? Es ist ein zusätzlicher Leiter, mit dem die Gehäuse von Geräten geerdet werden. 5. Wie funktionieren Sicherungen? Ist die Stromstärke im Stromkreis zu groß, schmilzt ein dünner Draht (Fein- und Schmelzsicherung) oder ein Elektromagnet öffnet den Stromkreis. 6. Wie entstehen Kabelbrände? Durch schadhafte Isolierung oder durch überlastete Leitungen können diese schmoren und dann auch brennen. 3

6 Versuch 4.1: Der Mensch als elektrischer Leiter Bezug Bildungsstandards: F1; E1, E7; K5 Kontextbezug: Elektrotherapie, Reizströme (Schmerzlinderung, Herzschrittmacher) Material: eine Batterie (9 V), eine empfindliche LED (2 ma; 1,7 V), 2 Krokodilklemmen Anleitung: a) Baut eine Reihenschaltung mit Batterie und LED auf, die an einer Stelle unterbrochen ist. Schließt nun den Stromkreis, indem ihr die beiden Leitungsenden mit je einem Finger einer Hand schließt. b) Befeuchtet die Fingerkuppen und wiederholt den Versuch. Beobachtung: a) b) Versuch 4.2: Demo: Fleisch unter Steckdosenstrom Bezug Bildungsstandards: stand F1, F4; E1; K5; B3 Kontextbezug: Stromunfälle (z. B. (S-)Bahn-Surfen / Zugklettern ) (Beispiel: ( )) Material: ein Stück frisches Fleisch, eine Steckdose mit Schalter, eine Glühlampe, 2 Isolierstützen, 2 Metallstifte Anleitung: Die folgende Schaltung wird aufgebaut. Das Stück Fleisch wird auf die Metallstifte gespießt, ohne dass diese sich berühren. Dann wird der Strom eingeschaltet. Beobachtung: 220 V ~ 60 W 4

7 Information: Haut (besonders verschwitzte) und Blut sind gute elektrische Leiter. Fließt elektrischer Strom durch organisches Material, wird dieses heiß. Die Zellen kochen und zerplatzen, das Blut verklumpt, Giftstoffe entstehen im Gewebe und Muskeln verkrampfen. Dies ist lebensbedrohlich! Nur bis 25 Volt ist der Kontakt mit elektrischem Strom ungefährlich! Anwendungen: Kreuze mithilfe des Versuchs die lebensgefährlichen Situationen an: Ein Kleinkind bohrt mit einem Schraubendreher in der Steckdose. Ein Mechaniker berührt den Pol einer Autobatterie. Ein Stück Brot hat sich im Toaster verkeilt und der Toaster schaltet nicht mehr ab. Man versucht mit einer Gabel das Stück Brot zu angeln. Juliette sitzt noch in der Badewanne und will sich dort gleich föhnen, n, weil das Wasser noch so schön warm ist. Petra hat eine Beleuchtung, die an zwei Stahlseilen unter der Decke gespannt ist und aus mehreren Lampen besteht, die zwischen den beiden Seilen fixiert sind. Petra will eine Lampe auswechseln und fasst dabei die blanken n Seile an. Weil die Türklingel nicht funktioniert, schraubt Klaus das Gehäuse ab und beginnt, es mit einem Schraubendreher zu reparieren. en. Wolfgang gräbt im Garten und stößt auf eine e elektrische Leitung im Boden. Weil sie ihn stört, sticht er sie mit dem Spaten einfach ab. Obwohl die elektrische e Modelleisenbahn fährt, greift Uwe auf die Schienen. Der Stabsauger macht komische Geräusche. Deshalb schraubt Klaus die Verkleidung ab. Um zu sehen, wo die Geräusche herkommen, hat Klaus den Staubsaugerstecker in der Steckdose gelassen. Oskar bohrt mit einer Bohrmaschine ein Loch in die Wand; 1,5m über einer Steckdose. Bezug Bildungsstandards: standa F1; E7; K5 Kontextbezug: Sicherungskasten Versuch4. 4.3: Sicherungen schützen Material: ein Transformator, 2 Isolierstützen, eine kleine Glühlampe mit Fassung, Aluminiumstreifen (Breite 2 mm, Länge 20 cm, Lametta), ein breiter Schraubendreher, Kupferdraht (Durchmesser 0,2 mm; Länge 20 cm), ein Stromstärkemessgerät oder Multimeter, ein gefaltetes Papierstück, eine kleine Schutzplatte Anleitung: a) Baut eine Reihenschaltung aus dem Transformator, der Glühlampe und einem Aluminiumstreifen, der zwischen die Isolierstützen gespannt wird. Schließt zusätzlich zwei Leitungen so vor und hinter die Glühlampe an und legt sie einander so gegenüber, dass sie sich nicht berühren und einen Abstand von ca. 1 cm haben. Bringt nun die Glühlampe zum Leuchten. Fertigt die Schaltskizze an. Schließt anschließend die Glühlampe kurz, indem ihr mit dem Schraubendreher die beiden Kontakte verbindet. b) Ersetzt den Aluminiumstreifen durch den dünnen Kupferdraht, auf den ihr das gefaltete Papierstück legt. Legt unter das Papier die Schutzplatte. Schaltet zusätzlich ein Stromstärkemessgerät in Reihe. Bringt nun wieder die Glühlampe zum Leuchten. Schließt die Glühlampe wieder kurz, indem ihr mit dem Schraubendreher die beiden Kontakte verbindet. 5

8 Beobachtung: a) s. Hilfe 4.3 a b) s. Hilfe 4.3 b Zusammenfassung: s. Hilfe 4.3 c Information: Sicherungen verhindern, ern, dass die Stromstärke in einem Stromkreis zu groß wird und Leitungen durchschmoren und zu brennen nen anfangen. Es gibt verschiedene e Arten: Feinsicherungen sind in Geräte eingebaut und schützen diese. Sie bestehen aus einem dünnen Draht in einem Glasröhrchen, das ggf. mit Sand gefüllt ist. Autosicherungen sind auf die verschiedenen edene elektrischen Stromkreise im Auto abgestimmt. Schmelzsicherungen sind in älteren Gebäuden manchmal noch in Verwendung. Sie schützen einzelne Stromkreise. In einer Porzellanhülle ist ein Draht gespannt, der in einem Sandbett liegt. Brennt der Draht durch, fällt der Haltepunkt heraus. Sicherungsautomaten utomaten gibt es mehrmals in einem Sicherungskasten. Sie sichern die verschiedenen Stromkreise einer Wohnung ab (Herd 25 A, sonstige Räume 16 A). Panzersicherungen werden vor den sogenannten Stromzählern eingebaut. Sie sichern alle Stromkreise eines Hauses ab. Sie sind verplombt und dürfen nur vom Fachmann ausgetauscht werden. (älteres Modell) 6

9 Versuch 4.4: Schutz durch Schutzkontaktleitung Bezug Bildungsstandards: F1, F3; E7; K4, K5 Kontextbezug: Stromkabel mit drei Adern Material: ein Schutzkontaktstecker oder / und Schutzkontaktsteckdose; ein Stück dreiadriges Kabel; Werkzeug (ein passender Schraubendreher, ein Seitenschneider, Werkzeug zum Abisolieren, ein Polprüfer) Achtung: Schraubt niemals selbst an Wandsteckdosen herum; ihr begebt euch so in Lebensgefahr! Das muss ein Fachmann machen. Zieht zuerst den Stecker, bevor ihr Geräte und Stecker aufschraubt! Ein Fachmann sollte kontrollieren, was repariert wurde. Anleitung: a) Öffnet den Stecker / die Steckdose und schließt das Stück Kabel richtig an. Ergänzt die Bilder auf der nächsten Seite, indem ihr die Kabel richtig einzeichnet. net. b) Erklärt anhand der Zeichnungen auf dieser Seite, wozu die dritte Leitung dient. Hinweis: In beiden Bildern ist durch einen Isolationsfehler ler das Gehäuse des Bügeleisens mit den stromführenden Leitungen verbunden. 7

10 Beobachtung: a) Innensicht eines Steckers: b) Ist das Gehäuse nicht geerdet und man berührt dieses, Ist das Gehäuse geerdet, dann führt der Isolationsfehler zu Information: Eine Steckdose hat normalerweise rechts einen stromführenden Kontakt, der linke ist der Rückleiter, der nicht unter Strom steht. Mit einem Phasenprüfer kann man den stromführen- den Pol schnell ermitteln. Berührt man das Ende des Phasenprüfers mit einem Finger, fließt ein schwacher elektrischer Strom über einen Schutzwiderstand und eine Glimmlampe im Phasenprüfer und dann über den Finger und den Körper zur Erde. Das Leuchten der Glimmlampe zeigt an, dass dieser Pol stromführend ist. Im Alltag ist u. a. das VDE-Zeichen ein wichtiger Hinweis. Elektrogeräte, die dieses Zeichen tragen, sind sicherheitsmäßig geprüft. 8

11 Versuch 4.5: Sicherungsautomat von innen Bezug Bildungsstandards: F1, F3; K4, K5 Kontextbezug: Sicherungskasten (Verteilerkasten) im Haus / in der Wohnung Material: ein geöffneter Sicherungsautomat Anleitung: Der Sicherungsautomat hat seine beiden Anschlüsse oben und unten an den großen Schrauben. Er hat zwei unterschiedliche Mechanismen zum Auslösen. Erklärt mithilfe der Bilder wie der Automat funktioniert. Ein Aus Beobachtung: Zusammenfassung: Rückblick: Schaut euch nun noch einmal die Ersten Fragen an und beantwortet sie. s. Hilfe 4.5 9

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