E-Lehre
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Diese Seite ist Teil einer Materialiensammlung zum Bildungsplan 2004: Grundlagen der Kompetenzorientierung. Bitte beachten Sie, dass der Bildungsplan fortgeschrieben wurde.
Hinweis
Es wird darauf hingewiesen, dass für jedes Experiment entsprechend der eigenen Durchführung vor der erstmaligen Aufnahme der Tätigkeit eine Gefährdungsbeurteilung durchgeführt und dokumentiert werden muss. Jede fachkundige Nutzerin/jeder fachkundige Nutzer muss die aufgeführten Inhalte eigenverantwortlich prüfen und an die tatsächlichen Gegebenheiten anpassen.
Weder die Redaktion des Lehrerfortbildungsservers noch die Autorinnen und Autoren der veröffentlichten Experimente übernehmen jegliche Haftung für direkte oder indirekte Schäden, die durch exakten, veränderten oder fehlerhaften Nachbau und/oder Durchführung der Experimente entstehen. Weiterführende Informationen erhalten Sie unter www.gefahrstoffe-schule-bw.de
Didaktische Bemerkung
Ein wesentliches Lernziel bei dieser Problemstellung ist die Untersuchung von technischen Widerständen, Glühlampen, Dioden, Leuchtdioden, LDR, NTC-, PTC-Widerständen und anderen elektrischen - bzw. elektronischen Bauteilen. Die Schülerinnen und Schüler lernen dabei, dass man nur die technischen Widerstände durch eine Gerätekonstante beschreiben kann. Die meisten elektrischen oder elektronischen Bauteile sind nur über ihre Kennlinie zu beschreiben.
Ein zweites Lernziel ist der Versuch, mit der Vorstellung aufzuräumen, dass Georg Simon Ohm das so genannte Ohmsche Gesetz über die Vermessung eines Konstantandrahtes gewonnen hat. Die Schülerinnen und Schüler lernen, dass der elektrische Widerstand eines Kupferdrahtes nur dann konstant ist, wenn man die Temperatur dieses Kupferdrahtes - z.B. in einem Wasserbad - konstant hält. Im Regelfall ist der elektrische Widerstand eines elektrischen Leiters eine Funktion der Temperatur dieses Leiters - und damit indirekt eine Funktion des elektrischen Stromes, der in diesem Leiter fließt.
Bei diesem historischen Hintergrund ist es nicht zielführend, den Weg von Georg Simon Ohm durch die Vermessung eines technischen Widerstandes oder eines Konstantan-Drahtes nachzuzeichnen.
Kennlinie einer Glühlampe - stationär
Problemstellung
Das U-I-Diagramm einer Glühlampe wird aufgenommen. Hierbei werden die Spannung und die Stromstärke extrem langsam verändert, so dass sich zwischen zwei Messungen ein stationärer Zustand bzgl. der Temperatur des Glühfadens einstellt.
Material/Geräte
- Elektrische Energiequelle (25V Gleichspannung, regelbar)
- Glühlampe mit Fassung
- 3x Laborkabel
- Notebook
- Software, Datenlogger, Netzteil, Verbindungskabel, usw.
- U-I-Sensor ... evtl. hoher Stromstärke ... oder 1Ω-Messwiderstand
Vorgehen
- Bekannte Schritte ... U-I-Diagramm
-
Erzeugen Sie eine
Ausgleichskurve
... - Berechnen Sie die Energiestromstärke P aus den U- und I-Messdaten. Stellen Sie die Energiestromstärke als Funktion der Stromstärke - bzw. der Spannung in einem Diagramm der Datalogger- Software dar.
Kennlinie einer Glühlampe - dynamisch
Problemstellung
Im Gegensatz zur stationären Messung wird die Spannung an der Glühlampe so schnell verändert, dass der Glühfaden bzgl. seiner Temperatur keinen stationären Zustand erreichen kann.
Material/Geräte
- Elektrische Energiequelle (25V Gleichspannung, regelbar)
- Glühlampe mit Fassung
- 3x Laborkabel
- Notebook
- Software, Datenlogger, Netzteil, Verbindungskabel, usw.
- U-I-Sensor ... evtl. hoher Stromstärke ... oder 1Ω-Messwiderstand
Vorgehen
- Bekannte Schritte ... U-I-Diagramm
-
Recherchieren Sie im Internet eine Formel, nach der man den Widerstand einer Glühlampe als
Funktion des Widerstandes bei Normaltemperatur, dem Temperaturkoeffizienten und der Temperaturdifferenz
zwischen Umgebungstemperatur und Glühfadentemperatur bestimmen kann.
( R Glühen = R Umgebungstemp ( 1 + α⋅ΔT) mit α Wolfram = 4.5⋅10 -3 /K )
Bestimmen Sie aus Ihren Messdaten die Temperatur des Glühfadens.
Kennlinie elektrischer Bauteile
Problemstellung
Es werden verschiedene Bauteile bzgl. ihrer Kennlinie untersucht.
- Diode
- PTC- bzw. NTC-Widerstand
- LDR bei konstanter Beleuchtung
- Technischer Widerstand
Material/Geräte
- Elektrische Energiequelle (25V Gleichspannung, regelbar)
- Diode, PTC- bzw. NTC-Widerstand, LDR bei konstanter Beleuchtung, Technischer Widerstand
- 3x Laborkabel, Krokodilklemmen
- Notebook
- Software, Datenlogger, Netzteil, Verbindungskabel, usw.
- U-I-Sensor ... evtl. hoher Stromstärke ... oder 1Ω-Messwiderstand
Vorgehen
- Bekannte Schritte ... U-I-Diagramm
-
Erzeugen Sie eine
Ausgleichskurve
... -
Bestimmen Sie die Steigung des Diagramms an verschiedenen Stellen ... Unterscheiden Sie
zwischen dem differenziellen Widerstandswert und dem üblichen
Durchschnittswert
. - Vergleichen Sie bei den technischen Widerständen die Aufdrucke mit den hier bestimmten Gerätekonstanten R. Ziehen Sie Folgerungen, wenn Sie eine Abweichung entdecken!
Ladungsbestimmung
Problemstellung - offen
Diskutieren Sie mit Ihrem Team, wie man aus dem U-t-Diagramm bei einem elektrischen Bauteil auf die geflossene elektrische Ladung schließen kann.
Problemstellung - enger
Zeigen Sie, dass man aus der Fläche unter dem U-t-Diagramm auf die geflossene elektrische Ladung
schließen kann →
ΔQ = (1/R)Δφ⋅Δt oder ΔQ = L
eitwert
Δφ⋅Δt
Material/Geräte
- Elektrische Energiequelle (25V Gleichspannung, regelbar)
- Diode, PTC- bzw. NTC-Widerstand, LDR bei konstanter Beleuchtung, Technischer Widerstand
- 3x Laborkabel, Krokodilklemmen
- Notebook
- Software, Datenlogger, Netzteil, Verbindungskabel, usw.
- U-I-Sensor ... evtl. hoher Stromstärke ... oder 1Ω-Messwiderstand
Vorgehen
- Bekannte Schritte ... U-t-Diagramm
- Bestimmen Sie gesuchte Ladung!
Download des gesamten Workshops 1
Workshop 1: Messerfassungssysteme testen: Herunterladen [pdf] [124 KB]
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