WIE FUNKTIONIERT DAS? Im Haushalt gibt es viele technische Geräte, viele von ihnen sind Elektrogeräte. Sie alle machen uns das Leben leichter, indem sie uns helfen Arbeit zu sparen und somit auch Zeit, die wir sinnvoll für Freizeitaktivitäten verwenden können. Der Aufbau und die Funktionsweise der Geräte, die aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken sind, werden hier erklärt. Materialien: Overheadfolie 1 (1 Seite): Warum gibt der Kühlschrank Wärme ab? Arbeitsblatt 1 (1 Seite): Warum gibt der Kühlschrank Wärme ab? Arbeitsblatt 2 (2 Seiten): Elektroherd Kochstelle und Backofen Overheadfolie 2 (1 Seite): Mikrowelle Wo kommt die Wärme her? Arbeitsblatt 3 (2 Seiten): Mikrowelle Wo kommt die Wärme her? Overheadfolie 3 (3 Seiten): Geschirrspüler Warum waschen wir das Geschirr nicht mit der Hand? Arbeitsblatt 4 (3 Seiten): Geschirrspüler Warum waschen wir das Geschirr nicht mit der Hand? Overheadfolie 4 (3 Seiten): Waschmaschine Ich bin froh, dass es sie gibt! Arbeitsblatt 5 (2 Seiten): Waschmaschine Das Flottenverhältnis Overheadfolie 5 (2 Seiten): Staubsauger auch er hilft Zeit sparen Arbeitsblatt 6 (1 Seite): Staubsauger auch er hilft Zeit sparen lehrerinformation US-PH-1 2001 forum hausgeräte
Overheadfolie und Arbeitsblatt 1: Warum gibt der Kühlschrank Wärme ab? Der natürliche Wärmestrom geht normalerweise von einer kälteren zu einer wärmeren Stelle. Das heißt, Wärme fl ießt von sich aus immer von einem Körper mit höherer Temperatur zu einem Körper mit niedrigerer Temperatur. Dieser natürliche Wärmestrom wird beim Kühlschrank umgekehrt die Wärme die im Inneren des Kühlschranks den Speisen entzogen wird, wird nach außen abgegeben. Ein Kühlschrank kühlt Speisen unter die Umgebungstemperatur. Er enthält zwei Rohrsysteme, durch die eine Kühlfl üssigkeit gepumpt wird. Dabei verdampft und kondensiert die Kühlfl üssigkeit abwechselnd. Sie fl ießt unter hohem Druck von der ersten Rohrschlange (Verfl üssiger) durch ein kleines Loch in die zweite Rohrschlange (Verdampfer). Hier fällt der Druck der Flüssigkeit ab, sie verdampft und nimmt Wärme aus dem Inneren des Kühlschranks auf. Die verdampfte Kühlfl üssigkeit wird dann unter hohem Druck in die erste Rohrschlange gepumpt, dabei kondensiert sie wieder und gibt Wärme an der Rückseite des Kühlschranks an die Umgebung ab. Zusatzinformation: Aggregatzustände: Verdampfen: Übergang vom fl üssigen in den gasförmigen Aggregatzustand. Dazu wird Energie benötigt (Verdampfungswärme). Kondensieren: Übergang vom gasförmigen in den fl üssigen Aggregatzustand. Dabei wird Verdampfungswärme frei. Aggregatzustand (Zustandsformen): fest, fl üssig, gasförmig. In welchen der drei Aggregatzustände ein Körper vorkommt, hängt von seiner Temperatur, seinem Material und dem Druck ab. Statisches vs. dynamisches Kühlen: Die Belüftung des Verfl üssigers geschieht entweder statisch durch natürliche Konvektion (bei Außenwandverfl üssigern), oder dynamisch durch einen Ventilator (Verfl üssiger im Sockelbereich). Beim statischen Kühlen fi ndet der stärkste Wärmeentzug unmittelbar am Verdampfer statt. Durch die größere Dichte der kalten Luft sinkt diese nach unten: verschiedene Kühlzonen entstehen. Verdampfer an der Rückwand oder im oberen Teil des Gerätes Beim dynamischen Kühlen verteilt ein Ventilator die Luft im Kühlraum: die Temperatur im Gerät wird gleichmäßig verteilt. Dadurch ist ein schnelleres Kühlen der Lebensmittel möglich. lehrerinformation US-PH-2 2001 forum hausgeräte
Die physikalischen Vorgänge... sind das Verdampfen und das Kondensieren. Kondensieren bedeutet den Übergang vom gasförmigen in den fl üssigen Aggregatzustand. Verdampfen bedeutet den Übergang vom fl üssigen in den gasförmigen Aggregatzustand. Ein Kühlschrank besteht aus zwei Rohrsystemen, durch die eine Kühlfl üssigkeit gepumpt wird. Im Verfl üssiger kondensiert die Kühlfl üssigkeit und im Verdampfer verdampft sie. Denkaufgabe: a. ist richtig. Je länger die Milch draußen bleibt, desto wärmer wird sie. Je wärmer sie wird, desto länger muss der Kühlschrank kühlen, um die Milch wieder abzukühlen. Je länger der Kühlschrank kühlt, umso mehr Energie verbraucht er. Arbeitsblatt 2: Elektroherd Kochstelle und Backofen Information Kochstelle: Herde können mit Gas, festen Brennstoffen oder Strom betrieben werden. Elektroherde werden mit Strom betrieben. Die Erwärmung der Speisen erfolgt durch den elektrischen Strom. Die Wärmeleistung ist in verschiedenen Stufen regelbar. Die Herdplatten haben im Inneren elektrische Widerstände (Heizdrähte oder Heizleiter). Fließt der Strom durch die Drähte hindurch, erwärmt sich der Draht und die Herdplatte wird heiß. Um die Temperatur regeln zu können, sind in einer Platte mehrere Widerstände. Die Wärmewirkung ist von der Stromstärke abhängig. Die Art der Wärmeausbreitung bei einem E-Herd nennt man Wärmeleitung. Verschiedene Materialien leiten die Wärme unterschiedlich gut. So leiten Metalle die Wärme besonders gut. (Am besten leitet Silber.) Warum kann der elektrische Strom Wärme erzeugen? Die freien Elektronen stoßen mit den Atomen des Metalls zusammen. Dadurch werden die Atome zum Schwingen angeregt und es steigt die Geschwindigkeit der Atome an. Je schneller sie schwingen, desto höher wird die Temperatur. Zusatzinformation: Induktions-Kochstellen: Die Herdplatte bleibt kalt, und nur das spezielle Kochgeschirr (z.b. Stahlemail, Gusseisen) erwärmt sich. Wie das funktioniert: Unter der Herdplatte befi nden sich Drahtspulen, die mit mittelfrequenten Wechselströmen gespeist werden. Es entsteht ein Magnetfeld (aufgrund des Wechselstromes ist es ein magnetisches Wechselfeld), das in magnetisierbarem Kochgeschirr Wirbelströme erzeugt. Dadurch bewegen sich die Moleküle, und Wärme entsteht. Information Backofen: lehrerinformation US-PH-3 2001 forum hausgeräte
Im Backrohr baut sich die Wärme langsam auf, bis die eingestellte Temperatur erreicht ist. Ab diesem Zeitpunkt steuert ein Thermostat die Stromzufuhr und hält die Temperatur konstant. Je nach Art der Beheizung gibt es im Backrohr - Ober- und Unterhitze - Umluft - Grillbeheizung - integriertes Dampfgar-System Das Backrohr wird ebenso über Heizdrähte (Heizstäbe) erwärmt. Auf der Ober und Unterseite des Backrohres befi nden sich Heizwendeln (Heizdrähte). Diese können entweder getrennt oder gemeinsam geschalten werden. Bei der Beheizung mit Ober- und Unterhitze erfolgt die Wärmeübertragung durch natürliche Konvektion (Wärmeströmung durch Luft oder Dampf). Im Umluftherd (auch: Heißluftherd) wird die Umschichtung zwischen heißer und kalter Luft im Backrohr zusätzlich herbeigeführt. Ein Ventilator im Inneren des Backrohres sorgt dafür, dass die Luft bzw. der Dampf in Bewegung geraten. Somit kommt es zu einer besseren Wärmeübertragung, es können gleichzeitig mehrere Backbleche eingeschoben werden und die Wärme wird besser verteilt. Zusatzinformation: Backrohr-Reinigung durch Pyrolyse Bei der pyrolytischen Selbstreinigung werden alle organischen Rückstände bei extrem hoher Temperatur verbrannt. Die veraschten Rückstände lassen sich einfach mit einem feuchten Tuch herauswischen. Beobachtung: Die Wachskugel, die der Kerzenfl amme am Nächsten ist, fällt als erste herunter, dann die Nächste, usw. Die Nadel erwärmt sich erst an ihrer Spitze, dann wir die Wärme durch Wärmeleitung weitergegeben. Kochplatten Heizstäbe Ventilator Temperaturregler (Schalter) Backofen Denkaufgabe: Richtige Antwort ist b). Das Metall ist heißer als das Wasser im Kessel. Es bleibt eine Zeit lang heißer, nachdem der Herd abgeschaltet worden ist. Während dieser Zeit wird weiter Wärme an den Kessel abgegeben. Er pfeift weiter. Ist kein Metall da (wie beim Gasherd), wird die Wärmezufuhr unterbrochen, sobald der Herd angeschaltet wird. Der Teekessel pfeift nicht mehr. lehrerinformation US-PH-4 2001 forum hausgeräte
Overheadfolie 2 und Arbeitsblatt 3: Mikrowelle wo kommt die Wärme her? Mikrowellen sind elektromagnetische Wellen, wie sichtbares Licht oder Wärme. Unser Körper kann Mikrowellen nicht registrieren. Da Mikrowellen eine Wellenlänge von 12,25 cm haben (was ziemlich groß ist), reagieren sie mit Wasser. Das heißt, treffen Mikrowellen auf Wassermoleküle, beginnen die Wassermoleküle zu schwingen. Die Geschwindigkeit der Wassermoleküle steigt, die Temperatur steigt. Es wird dabei elektromagnetische Energie in Wärme umgewandelt. Die Mikrowellen dringen in das Essen ein und erwärmen dieses rasch, indem sie seine Wassermoleküle erhitzen. Mikrowellen können von manchen Materialien (Metallen) refl ektiert werden, aber sie können auch Materialien durchdringen, ohne sie zu erwärmen. Mit der Mikrowelle können aber nur 100 C erreicht werden, da nur das Wasser erwärmt wird. So können die Speisen nicht anbrennen. Wie entstehen nun Mikrowellen? In einem Magnetron werden Elektronen zum Schwingen angeregt, dabei entstehen Mikrowellen. Diese müssen auf das Essen gerichtet werden. Dies geschieht: a) durch einen dünnen Strahl, der horizontal durch den Garraum gerichtet ist oder b) der Mikrowellenstrahl wird auf einen rotierenden Spiegel gerichtet, der sich oberhalb des Garraums befi ndet. Das Magnetron ist schwer steuerbar, d.h. bei vollster Leistungsstufe schaltet sich das Magnetron nicht aus, während es bei der Auftaustufe nur selten eingeschaltet ist. Die Leistung wird indirekt über die Zeit geregelt. Metallhaltige Gegestände oder auch Geschirr mit Gold oder Silberrändern sind für Mikrowellen nicht geeignet. Diesen Materialien wird so viel Energie zugeführt, dass sie entweder zu glühen beginnen oder zerstört werden. Deshalb soll nur Geschirr verwendet werden, das für Mikrowellen geeignet ist. Wirtschaftlich gesehen eignet sich eine Mikrowelle am Besten zum Erwärmen von kleinen Lebensmittelmengen bzw. zum Auftauen von gefrorenen Speisen. 1) Die Mikrowellen treffen auf die Wassermoleküle auf und versetzen diese in Bewegung. Die nun heftig schwingenden Wassermoleküle treffen auf andere Wassermoleküle auf und versetzen diese ebenfalls in lehrerinformation US-PH-5 2001 forum hausgeräte
Schwingung u.s.w. 2) Die richtige Reihenfolge: 2, 7, 6, 4, 1, 3, 8, 5 3) F, W, W, F, F, W Overheadfolie 3 und Arbeitsblatt 4: Geschirrspüler warum waschen wir das Geschirr nicht mit der Hand? Was ist verschmutztes Geschirr? Nahrungsmittel bestehen aus Fett, Zucker, Stärke, Eiweiß. Jeder dieser Stoffe hat bezüglich Wasser andere Eigenschaften. Zucker und Stärke sind in warmen Wasser löslich somit würde es reichen den Teller mit warmen Wasser abzuspülen. Sind Zucker und Stärke dagegen schon eingetrocknet, sind sie schwer in Wasser löslich, haften aber nicht gut an glatten Tellern und können deshalb mit einem Schwamm vom Teller gelöst werden. Eiweiß wird unter Hitzeeinwirkung wasserunlöslich. Auch diese Teile können mit einem Schwamm von den glatten Tellern gelöst werden. Anders verhält sich Fett. Fett löst sich nicht in Wasser, ist daher auch mit Wasser allein nicht ablösbar. Um Fette abzulösen benötigen wir bestimmte Substanzen, die in Spülmitteln enthalten sind die Tenside. Tenside sind Moleküle, die einen wasserfreundlichen und einen fettfreundlichen Teil besitzen. Am fettfreundlichen Teil haften sich die Fettmoleküle an, daher wird das Molekül dann wasserlöslich. Wie bedienen wir einen Geschirrspüler? Zuerst müssen grobe Speisereste entfernt werden. Alle Gefäße sollen dann mit der Öffnung nach unten eingeordnet werden. Teller werden schräg stehend eingeordnet. Hohe Gefäße sollten im mittleren Bereich der Körbe eingeordnet werden, damit sie direkt über dem Sprühstrahl sind. Besteck wird unsortiert in die Besteckfächer gestellt, damit jedes Teil gleichmäßig gespült wird. Danach wird das Spülmittel zugegeben, den Geschirrspüler schließen, Wasserhahn aufdrehen, Programm einstellen, Taste Ein/Aus drücken, Kontrolllampe beachten, Programm beginnt abzulaufen. Wie funktioniert ein Geschirrspüler? Im unteren und oberen Teil des Geschirrspülers befi nden sich Sprüharme, die rotieren. Dadurch wird das Geschirr von unten und oben abgespült. Beim Vorspülen werden die gröberen Reste mechanisch entfernt und stärkehältige Reste aufgeweicht. Danach wird Wasser, das eine Temperatur von ca. 650 C hat, und ein Geschirrspülmittel durch die Sprüharme geschickt. Durch die hohe Temperatur (bei der sich die Wasserteilchen sehr rasch bewegen) und das Spülmittel wird der Schmutz und das Fett gelöst. Das Wasser wird durch Heizschlangen, die sich am Boden des Geschirrspülers befi ndet, erwärmt. Pumpen befördern es zu den lehrerinformation US-PH-6 2001 forum hausgeräte
Sprüharmen. Wassertemperatur, Wasserdruck und Spülmittel sind für die Säuberung des Geschirrs verantwortlich. Um das gewaschene Geschirr zu trocknen, müssen die Heizschlangen nach Beendigung des Waschvorganges noch weiter arbeiten. Das feuchte Geschirr und die Luft werden erwärmt. Dadurch verdunstet das Wasser auf dem Geschirr. Beobachtung 1: Das Wasser tritt bei den Löchern in den Strohhalmen aus und dreht dadurch die Flasche. Beobachtung 2: Es entsteht ein Geschirrspülmittel, wobei das Natriumlaurysulfat als Tensid wirkt, das Natriumlaurylethersulfat die Hautverträglichkeit verbessert. Overheadfolie 4 und Arbeitsblatt 5: Waschmaschine Ich bin froh, dass es sie gibt! Der Waschvorgang: Früher musste die Wäsche gebürstet und geschrubbt werden. Heute wird die Wäsche durch die Drehung der Waschtrommel mechanisch behandelt. Dabei kommt es auf das richtige Flottenverhältnis (Verhältnis Wäsche und Wassermenge) und die Trommelbewegung an. Zuerst musst die Wäsche nach Material, Farbe, Verschmutzungsgrad und zulässiger Waschtemperatur sortiert werden. Dabei sollten die Pfl e- gesymbole beachtet werden. Farbige und weiße Wäsche nicht zusammen waschen. Die Wäsche sodann in die Trommel füllen (Füllmenge beachten). In die vorgesehene Waschmittelschublade das Waschmittel einfüllen, das richtige Programm wählen (Feinwäsche, Wolle, etc.), den Wasserhahn aufdrehen und den Startknopf drücken. Je empfi ndlicher die Wäsche, desto geringer ist die Trommelbewegung (bedeutet: wenig Reibung und geringe Fallhäufugkeit) und desto größer das Flottenverhältnis (bedeutet: höherer Wasserstand bei geringerer Füllmenge). Das optimale Flottenverhältnis wird in modernen Waschmaschinen durch eine Mengenautomatik erzielt. Schleudern Ist der Waschvorgang in der Waschmaschine abgeschlossen, fängt die Trommel an, sich schnell zu drehen zu schleudern. Die nasse Wäsche wird dabei gegen die Trommelwand gepresst, so dass das Wasser in den Laugenbehälter fl ießt. Maximale Umdrehungen pro Minute: lehrerinformation US-PH-7 2001 forum hausgeräte
Schleuderwirkungsklasse C : Schleuderwirkungsklasse B : Schleuderwirkungsklasse A : 1100 U/min 1200 oder 1400 U/min 1600 U/min Trocknen Wenn die Wäsche gut geschleudert ist (mindestens 1000 U/min), kann man sie anschließend in den Trockner geben. Der Trockner hilft, Zeit und Energie zu sparen, da ein Großteil der Bügelwäsche entfällt. Außerdem wird die Wäsche ohne Zusatz von Weichspülern und daher umweltschonender durch die gleichmäßige Luftdurchfl utung gepfl egt. Wie wirken Waschmittel? Waschmittel beinhalten Tenside, welche einen wasserfreundlichen und einen fettfreundlichen Teil besitzen. Auch hier haften am fettfreundlichen Teil das Fett und der Schmutz des Kleidungsstücks. Der wasserfreundliche Teil strebt vom Kleidungsstück weg, dem Wasser zu. So wird der Schmutz aus den Kleidern herausgezogen. Lösung: Beobachtung: Es entsteht ein halbfestes Produkt, das nach dem Schütteln mit destilliertem Wasser einen Schaum ergibt. Overheadfolie 5 und Arbeitsblatt 6: Staubsauger auch er hilft Zeit sparen So wie viele Hausgeräte arbeitet auch der Staubsauger mit einem Elektromotor. Was ist ein Elektromotor? Bei Elektromotor wir die elektrische Energie in Bewegung (mechanische Energie) umgewandelt. Er enthält einen Magneten (Permanentmagnet) und eine Spule. Die Spule ist zwischen einem Nordpol und einem Südpol auf einer Drehachse montiert. Die Spulenanschlüsse sind mit einer Gleichstromquelle verbunden. Das heißt, der Spulenanfang hängt am Pluspol und das Spulenende am Minuspol der Stromquelle. Die Drehbewegung der Spule (Anker) oder des Permanentmagneten kommt zustande, weil sich die Magnetfelder dauernd abstoßen und anziehen. Um diesen Vorgang fortzusetzen, muss ein Polwender (Kommutator) eingebaut werden. Das ist ein Kupferring, der aus zwei Halbringen, sogenannten Schleifringen, besteht. An den Schleifringen liegen Kohlekontakte, die wiederum mit der Stromquelle verbunden sind. Der Kommutator polt die Drehspule am Ende jeder Halbdrehung so um, dass sich wieder gleichnamige Pole gegenüberstehen und somit erneut Abstoßung vorliegt. Außer einem Elektromotor befi ndet sich im Staubsaugergehäuse noch der Staubsack, ein Luftfi lter, Zubehörteile und eine elektrisch lehrerinformation US-PH-8 2001 forum hausgeräte
angetriebene Turbine. Und so arbeitet der Staubsauger: Durch schnelles Drehen der Turbine wird durch die Turbinenschaufeln Luft verdrängt, und es entsteht ein Vakuum (luftleerer Raum). Dieses Vakuum erzeugt eine Sogwirkung. Diese Sogwirkung wirkt über den Saugschlauch bis zur Bodendüse des Staubsaugers. Die Staubteilchen werden dadurch vom Luftstrom mitgerissen. Die staubhaltige Luft gelangt in den Filterbeutel, der die größeren Schmutzteile und den Staub zurückhält. Durch den Ausblasfi lter tritt die saubere Luft wieder in den Raum aus. Das Staubsaugergehäuse muss dicht sein, da sonst mit Staubpartikel vermischte Luft in den Raum gelangt. Ein Elektromotor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um. Ein Elektromotor besteht b) aus einem feststehenden Permanentmagneten und einer drehbaren Spule. Ein Permanentmagnet ist ein Dauermagnet. Zwei gleiche Pole stoßen einander ab, zwei ungleiche Pole ziehen einander an. Während des Saugvorganges entsteht im Staubsaugerschlauch ein Vakuum. Die staubhaltige Luft und die größeren Schmutzteilchen gelangen in einen Filterbeutel. lehrerinformation US-PH-9 2001 forum hausgeräte