Lichterkette Experimentierset

Ähnliche Dokumente
Low Cost High Tech Lichterkette -Lösungsvorschlag-

Drahtgittermodell eines Touchscreens Experimentierset

IR-Bewegungsmelder-Experimentierset

Rauchmelder-Experimentierset

Selbstlerneinheit Elektrizitätslehre

Physik-Übung * Jahrgangsstufe 8 * Elektrische Widerstände Blatt 1

Stromkreis - Kartei 1/12

Die Reihenschaltung und Parallelschaltung

Selbstlerneinheit Elektrizitätslehre

Übungsblatt :Spannung bei Reihenschaltung

Stromkreis. Das brauchst du: 1 Flachbatterie 4,5 V 1 Glühbirne 6 V / 0,6 W 1 Lämpchenfassung 2 Krokodilklemmen

Stromstärken und Spannungen in einer elektrischen Schaltung

Selbstlerneinheit Elektrizitätslehre

Die technische Stromrichtung wird immer entgegengesetzt zur Bewegung der Elektronen angegeben!

Klassenarbeit - Elektrizitätslehre

VERSUCH 1. Bringe das Glühlämpchen zum Leuchten! Zeichne deine Lösung! VERSUCH 2. 1 Flachbatterie 1 Fassung isolierten Draht (isolierte Leitungen)

Schülerexperiment: Messen elektrischer Größen und Erstellen von Kennlinien

KLASSE: 8TE NAME: Vorname: Datum:

ET Messtechnik. Wasserzähler. 1 Wie heißt das Messgerät, mit dem man die in einem Haus verbrauchte Wassermenge misst?

ELEXBO A-Car-Engineering

2 Serie- und Parallelschaltung

Ziele. Unterrichtskonzept. Richtlinienbezug. Fertigung eines einfachen Durchgangsprüfgerätes. "Prüf-Fix" Die Schüler/innen sollen:

Elektrizitätslehre. Lösungen

Infos zur Durchführung der Werkstatt:

Klassenarbeit - Elektrizitätslehre

Der Stromkreis. Physik. 5 / 7 (als Wiederholung) Der Stromkreis

- + Verbinde die einzelnen Bauteile so, dass der Stromkreis geschlossen ist. Zeichne die Leitungen.

Alle Materialien, die in dieser Kiste verwendet werden, sind im Sinne von Entwicklungsmaterialien zu verstehen.

ELEXBO A-Car-Engineering

Der Transistor als Schalter ein experimenteller Zugang VORANSICHT

Schaltungen zum Stecken mit den Kosmos Elektrokästen

Klasse: CodeNr.: 1 Code Nr.: Datum: Name: 1.)

Spannung und Stromstärke bei Parallelschaltung von Solarzellen

Stromstärke und Widerstand in Reihenschaltung

- + Verbinde die einzelnen Bauteile so, dass der Stromkreis geschlossen ist. Zeichne die Leitungen.

Die Schaltung wird wie abgebildet zusammengestellt. Der Schalter ist zunächst in der Position links.

Forschungsprojekt VS Kundl 2014

Das Ohmsche Gesetz (Artikelnr.: P )

Die linke Schaltung der Schalterbox wird verwendet. Der Schalter ist zunächst in der Position offen.

Aufgabe 1: Der einfache Stromkreis

PS Einführung in das Simulationsprogramm Crocodile Clips

Aufgabe 5: Schwachstrom - Übungsreihe

Der Widerstand von Drähten - Abhängigkeit von Länge und Querschnitt mit measureapp (Artikelnr.: P )

Schwerpunktplan Technik

Aus Widerständen und mit rotem Kopf...

Leiter und Isolatoren

Demonstrationsexperiment WS 2009/10

Vision-Ing21-Projekt-Dokumentation Materialien für den Unterricht

Die Spannung bei der Reihenschaltung (Artikelnr.: P )

Der einfache Stromkreis (Artikelnr.: P )

Untersuchung der Abhängigkeit des Photostroms von der Entfernung zur Lichtquelle

Grundlagen der Elektrotechnik Teil 2

Abiturprüfung Physik, Grundkurs

Physik-Übung * Jahrgangsstufe 9 * Der Transistor Blatt 1

PTC-Widerstand. Material. Thema. Aufbau. Experiment. Messergebnisse

A3 Komplexe Stromkreise

Elektrische Grundschaltungen im Alltag eine Lerntheke. Ein Beitrag von Patrick Diedrich, Essen und Hendrik Josch-Pieper, Oberhausen VORANSICHT

VORANSICHT. Rund um den Strom Elektrizität im Alltag. Schülerversuch: Stromfresser unter der Lupe! Das Wichtigste auf einen Blick III

Gleichstromkreise. 1.Übung am 25 März 2006 Methoden der Physik SS2006 Prof. Wladyslaw Szymanski. Elisabeth Seibold Nathalie Tassotti Tobias Krieger

Schülerexperiment: Untersuchung von Stromstärken und Spannungen in Reihen- und Parallelschaltungen

Der elektrische Widerstand R. Auswirkung im Stromkreis Definition Ohmsches Gesetz

Verbraucher. Schalter / offen

6 / 7 (als Wiederholung und Vertiefung) Schaltskizze und Schaltsymbole, Komponenten eines Stromkreises

Das ohmsche Gesetz (Artikelnr.: P )

Handout zur Veranstaltung Demonstrationsexperiment WS 2009/10 Thema: Flip-Flop Christina Höring und Kathrin Huber

Ein Glühweinkocher für 230 V hat ein Heizelement aus Chrom-Nickel-Draht mit dem Temperaturkoeffizienten 20 =

Der spezifische Widerstand von Drähten (Artikelnr.: P )

Beispiele Berechnungen Hier ein paar Beispiele, was man alles ausrechnen kann.

Physikepoche Klasse 11. Elektrizitätslehre

Der Stromkreis. Was brauchst du? eine Batterie ein Glühlämpchen eine Fassung zwei Kabel zwei Büroklammern. Werkzeug: einen Schraubendreher

Praktikum 2: Diode, Logische Schaltungen mit Dioden und Feldeffekttransistoren

Laborbericht. Fach: Elektrotechnik. Datum: Übung: 1.1 Elektrische Widerstände und Ohmsches Gesetz. Protokollführer: Malte Spiegelberg

Schelztor-Gymnasium Esslingen Physik-Praktikum Klasse 10 Versuch Nr. E 4 Seite - 1 -

Lernwerkstatt. Station 1. Information: Reihen- und Parallelschaltung

Alle Bilder cc Nicole Brändle

violetter Rotkohlsaft mit Wasser Zitronensaft Backpulver Rohrreiniger Entkalker Seife färbt sich violett rot rot blau rot blau grün

VORANSICHT I/D. Eine Lerntheke zu den elektrischen Grundschaltungen. Mit Schülerexperimenten! Der Beitrag im Überblick

Elektrobaukasten - 8 Schaltungen

KLASSE: 8TE NAME: Vorname: Datum:

Größen der Elektrizität

Schülerexperimente mit Solarzellen

IPN Curriculum Physik. Der elektrische Stromkreis als System

Aufgabenblätter für den Elektro-Grundbaukasten Anordnung der Bauteile im Elektro-Grundbaukasten:

3, wobei C eine Konstante ist. des Zentralgestirns abhängig ist.

Falls sich die Scheibe des Zählers nur sehr langsam dreht oder du die Energie ganz genau berechnen möchtest, helfen dir diese Informationen weiter:

Elektrische Energie 2/6: ELEKTRISCHE ENERGIE. Wiederholung und Anknüpfung: Mechanische Arbeit, Energie und Leistung

Lötfigur. Inhaltsverzeichnis

Bau einer LED-Leuchte Von der Idee bis zur Fertigstellung Hinweise zur Herstellung

Geräte und Maschinen im Alltag

Thema Elektrizitätslehre Doppellektion 7

Schriftliche Abschlussprüfung Physik Allgemeine Arbeitshinweise

1 Schaltungen von Hochleistungs-LEDs

Lösungen JUNIORSTUFE PW-24.1 Fuldatal 12. Januar 2018

Elektrische Ladungen A 46

ELEXBO. ELektro - EXperimentier - BOx

Solarzellen E Einführung. Das Material für dieses Experiment ist in Abb. 2.1 zu sehen.

Es sind die Spannungen und Ströme zu messen. Tragen Sie die ermittelten Messwerte sowie die Anschlüsse in die nachfolgenden Tabellen ein.

Elektrizitätslehre. Aufgabe: Fülle die freien Felder aus!

VORANSICHT I/D. Stromkreise planen, bauen und verstehen einfache Grundschaltungen. Zeigen Sie ein Lernvideo! 1. Der Beitrag im Überblick

Transkript:

Lichterkette Experimentierset Lernanleitung zur Lichterkette Anhand der folgenden Experimentieraufgabe können Schülerinnen und Schüler weitgehend selbstständig Wichtiges zum physikalischen Hintergrund und zur Funktionsweise einer Lichterkette erarbeiten und eine eigene Lichterkette mit Glühlämpchen bauen. Dabei wird insbesondere die Frage erörtert, wieso eine Lichterkette trotz Reihenschaltung weiterleuchtet, auch wenn eine oder mehrere Birnen defekt sind. Die Aufgabe ist offen gestaltet und ermöglicht es frei zu arbeiten. Hilfsaufgaben und Tipps dienen der Erläuterung und Vertiefung von Sachverhalten. Sie sind durch Überschriften einzelnen Themen zugeordnet. Die Anleitung ist als Vorlage für den Einsatz in der Sekundarstufe I gedacht. Je nach vorangegangenem Unterricht und je nach Lerngruppe sind möglicherweise Anpassungen notwendig.

Lichterkette leuchtet, trotz Unterbrechung? Was wollen wir untersuchen? Natürlich kennt jeder von euch Lichterketten, ob am Weihnachtsbaum oder zur Dekoration. Vielleicht ist dir schon einmal aufgefallen, dass, obwohl eines der vielen Birnchen defekt ist, die anderen davor und dahinter weiterleuchten obwohl es sich offensichtlich um eine Reihenschaltung handelt. Wie ist das möglich? Um dieser Frage nachzugehen, kannst du mit dieser Bauanleitung selbst ein Modell einer Lichterkette erstellen und so die technischen Besonderheiten heraus finden. 1. Material- und Geräteliste 1.1 Materialliste 1 Korkplatte, ca. 20 cm x 10 cm, ca. 8 mm dick 15 Reißzwecke ohne Plastikkappe 1 9-V-Blockbatterie mit Batterieclip 1 Batteriehalter mit 2 Batterien der Größe AAA mit Anschlusskabeln 3 Glühbirne E10, 3,0 V 3 Fassung E10, mit Lötfahnen 3 Heißleiter R 25 = 100 Ω 2 Silber-Drahtstück, blank, ca. 30 cm 1.2 Geräteliste 2 Multimeter 1 Kombizange 1 Abisolierzange 4 Kabel mit Bananensteckern 4 Krokodilklemmen

2. Bauteile im Set Mache dich zunächst mit den im Experimentierset enthaltenen Bauteilen vertraut: Ordne den Fotos der Bauteile ihre Schaltzeichen und ihre Benennung zu. Verwende hierzu verschiedene Farben. Batterie, 9 V Heißleiter Glühbirne Batterie, 3 V Vorexperiment Bestimme mithilfe des Multimeters den Widerstand des Heißleiters im kalten bzw. erwärmten Zustand und notiere deine Messergebnisse in die Tabelle. Überlege vor der Messung 1. welche elektrischen Größen dafür zu messen sind und 2. wie man den Heißleiter erwärmen könnte (ohne ihn zu beschädigen!). So lernst du die Eigenschaften des neuen Bauteils besser kennen. Aufbauhilfe: Schaltplan: Messergebnisse:

3. Experiment I Die Korkplatte dient als Grundplatte für deinen Aufbau. Mithilfe der Reißzwecken kannst du darauf die verschiedenen Bauteile befestigen. Achte darauf, dass die Reißzwecken zwischen den Bauteilen eine leitende Verbindung herstellen. Erstelle nun mit den Glühbirnen ein einfaches Modell einer Lichterkette, indem du sie wie abgebildet aneinanderreihst. Aufgabe 1 Benenne die Schaltungsart der Glühbirnen, wähle die dazu passende Batterie aus und schließe sie an. Begründe deine Entscheidung mit der für diese Schaltung geltenden Regel. Aufgabe 2 Fertige eine Schaltskizze deines Modells einer Lichterkette an.

Aufgabe 3 Was passiert, wenn du eine der Glühbirnen aus der Fassung herausdrehst? Begründe deine Beobachtung unter Verwendung von Fachbegriffen. Info Die abgebildete Weihnachtsbaumbeleuchtung verwendet eine Reihenschaltung. Sie muss aber noch ein Geheimnis besitzen, einen technischen Trick, so dass die Birnen auch dann noch weiterleuchten, wenn eine oder mehrere von ihnen defekt sind. 4. Experiment II Wie du beim Benennen und Zuordnen der Bauteile festgestellt hast, liegen deinem Experimentierset sogenannte Heißleiter bei. Sie haben eine ganz besondere Eigenschaft und kommen nun zur Verwendung. Damit lüften wir das Geheimnis! Aufgabe 1 Schließe in deiner Reihenschaltung einen der Heißleiter parallel zur mittleren Glühbirne an. Beobachte, was mit dieser Glühbirne in dem Moment passiert, in dem du den Heißleiter parallel schaltest. Notiere deine Beobachtung und erkläre sie in einem Satz. Falls du Hilfe brauchst, lies Tipp 1 am Ende der Anleitung.

Aufgabe 2 Drehe die mittlere Glühbirne (die mit dem Heißleiter parallel geschaltet ist) aus ihrer Fassung und beobachte, was geschieht. Ziehe mit deinen Kenntnissen über den Stromkreis eine Schlussfolgerung aus der Beobachtung. Berühre den parallel geschalteten Heißleiter; was stellst du fest? Jetzt solltest du erklären können, wie man auf die Bezeichnung Heißleiter gekommen ist. Falls du Hilfe benötigst, schau unter 5. Hilfen am Ende der Anleitung nach.

Aufgabe 3 (Partnerarbeit) Der Heißleiter ist wie bei Aufgabe 2 parallel zu einer defekten (oder herausgedrehten) Glühbirne geschaltet. Führe mit einer Stoppuhr und den beiden Multimetern eine Messung zum zeitlichen Verhalten des Widerstands des Heißleiters durch: eine Messreihe zum Verlauf der Spannung an der defekten Glühbirne und eine zum Verlauf der Stromstärke im Stromkreis. Es soll vom Zeitpunkt des Anschließens an die Spannungsquelle (Zeitpunkt t = 0 s) gemessen werden, bis sich konstante Werte für U und I einstellen. (Achtung: Falls eine Messreihe wiederholt werden muss oder falls nur ein Multimeter zur Verfügung steht oder falls du alleine arbeitest, lass den Heißleiter zwischen den beiden Messreihen mindestens eine Minute lang abkühlen! Überlege: Warum ist das notwendig?) Zeit Spannung Stromstärke I Widerstand R Zeit Spannung Strom- Widerstand t in s U in V in ma in Ω t in s U in V stärke I in R in Ω ma 1 2 3 4 5 6 7 8

Miss außerdem die an einer der beiden übrigen, noch funktionierenden Glühbirnen anliegende Spannung U und die Stromstärke I im Stromkreis: a) direkt nach dem Anschließen an die Spannungsquelle und b) nach etwa 30 Sekunden, wenn die Glühwendel der Birne heiß geworden ist. a) U kalt = I kalt = b) U heiß = I heiß = Aufgabe 4 Trage deine Werte aus den Messreihen U(t) und I(t) in je ein Diagramm ein. Verwende folgende karierte Abschnitte. Beachte, welche Größe auf welcher Achse abgetragen wird.

Aufgabe 5 Wie lautet die Bestimmungsgleichung zur Berechnung des elektrischen Widerstands R in einem Stromkreis? Ermittle aus deinen Spannungs- und Stromstärkemesswerten der Tabelle bzw. aus den Diagrammen U(t) und I(t) den Widerstand R des Heißleiters im kalten (t 0 s) sowie im heißen Zustand (U und I konstant). Vergleiche die Werte mit den Widerstandswerten der funktionierenden Glühbirne direkt nach dem Einschalten (a) beziehungsweise nach 30 Sekunden (b). Heißleiter: R kalt = R heiß = Glühbirne: a)_r kalt = b)_r heiß = Aufgabe 6 Vergleiche die Widerstandswerte von Heißleiter und Glühbirne. Erkläre damit, warum die intakte Glühbirne leuchtet, obwohl ein Heißleiter parallel geschaltet ist. Aufgabe 7 Jetzt wollen wir annehmen, dass das Birnchen mit dem parallel geschalteten Heißleiter durchbrennt. Ausgangspunkt ist: Das mittlere Birnchen brennt durch. Erstelle ein detailliertes Ablaufdiagramm der weiteren Vorgänge im Stromkreis, aus dem hervorgeht, warum die beiden übrigen Birnchen nach einiger Zeit wieder zu leuchten beginnen.

Für die ganz Pfiffigen: Warum leuchten die beiden Birnchen nicht mehr ganz so hell wie vor dem Durchbrennen des mittleren Birnchens? Ein Glühbirnchen brennt durch ; der Stromkreis ist praktisch unterbrochen. Am Heißleiter liegt jetzt vergleichsweise viel Spannung an und es fließt ein Ladungsstrom. usw. Info Links siehst du ein Glühbirnchen aus einer Lichterkette. In der Mitte wurde der Glaskolben entfernt. G bezeichnet den Glühfaden, der für das Leuchten der Glühbirne sorgt und bei einem Defekt meist durchbrennt. H bezeichnet den Heißleiter, der zum Glühfaden parallelgeschaltet ist. Rechts ist zum Größenvergleich ein Streichholzkopf abgebildet.

5. Hilfen Tipp 1 Du hast beobachtet, dass die Glühbirne, zu der ein Heißleiter parallel geschaltet wurde, nun etwas schwächer leuchtet. Erinnere dich an die Gesetzmäßigkeiten für die Stromstärke in einer Reihen- und einer Parallelschaltung und beachte, dass es sich bei deinem Aufbau um eine Verknüpfung der beiden Schaltungen handelt. Tipp 2 Eine Glühbirne wird heiß, wenn sie leuchtet, also ein Strom durch den Glühfaden fließt. Auch ein Heißleiter erhitzt sich, wenn ein Strom durch ihn hindurchfließt. Der Name Heißleiter drückt bereits die Eigenschaft des Bauteils aus.