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E-Lehre

In­fo­box

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.​gef​ahrs​toff​e-​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]

 

Wei­ter mit Wär­me­leh­re