Themenfeld 1 – Ausgewählte Energiewandler
Checkliste/Arbeitsplan
Unterrichtsgang
Die magnetische Wirkung von elektrischen Leitungen hat man schon in Klasse 5 untersucht. Jetzt baut man rotierende Elektromagnete und nennt diese Elektromotoren. Ganz spannend ist die Funktionsweise. Es gibt Typen die man mit Gleichstrom und andere, die man mit Wechselstrom betreiben kann.
Auch beim Transformieren von Strom nutzt man die Eigenschaften der beiden Stromarten. Die Diode, als erstes elektronisches Bauteil wird eingeführt. Die Besonderheit an der Grenzschicht im Bauteil (np-Übergang) wird auch beim Stromerzeugen durch die Solarzelle gebraucht. Die energetische Betrachtung aller Vorgänge schafft die Möglichkeit an der aktuellen Diskussion um Energie (und Klimawandel) fundierter teilzunehmen.
Linkliste (inhaltliche Kompetenz/Kompetenz in Schülersprache/Aufgabe/Link)
Schuljahrgänge 9/10 – grundlegende und erhöhte Anforderungsebene
Die Schülerinnen und Schüler …
beschreiben die magnetische Wirkung des elektrischen Stromes.
Elektrischer Strom kann auch magnetisch sein.
Baue verschiedene Experimente auf und untersuche die Wirkung des Stroms.
Historischer Versuch, Experimente, Bilder
https://static.cornelsen.de/bgd/97/83/06/01/13/76/7/9783060113767_x1SE_148-149.pdf
Erklärung, Anwendung, Quizz
nennen Beispiele für Elektromagnete im Alltag und beschreiben die Wirkungsweise eines Elektromagneten.
Elektromagneten können Eisen anziehen und beim Abschalten des Stromes auch wieder fallen lassen. Gewusst wie.
Umfangreicher Artikel zum Thema
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnet
Fachartikel, Relais
https://www.elektro4000.de/magazin/relais-erklaerung-verwendung-funktionsweise/
erklären die Funktionsweise des Elektromotors.
Durch ständiges An- und Abschalten eines Elektromagneten, der sich im Kreis dreht, kann man Bewegung erzeugen.
Praxis, Theorie, Bilder, Animation
https://www.conrad.de/de/ratgeber/technik-einfach-erklaert/elektromotor.html
Leifi, didaktisiert, einfach
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/kraft-auf-stromleiter-e-motor/versuche/elektromotor
beschreiben Generator und Transformator anhand ihrer energiewan-delnden bzw. übertragenden Funktion.
Dreht man einen Elektromotor, dann kann man Strom erzeugen. Hätte man gerne Strom mit anderen Spannungen, sollte man diesen transformieren (verändern).
Generator:
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-induktion/versuche/generator
Simulation
https://www.walter-fendt.de/html5/phde/generator_de.htm
Erklärungen, Zeichnungen, vom einfachen zum komplexen
https://www.findi.de/images/stories/schule/physik/physik9/Generator.pdf
Linksammlung, Medien
https://www.zum.de/dwu/umapem.htm
Transformator:
Strom induzieren, Induktion, Phänomenologisch
idealer Transformator, interaktiv
Lernsequenz
Info
https://www.ulfkonrad.de/physik/ph-10-trafo
Anwendung, Beispiel Auto
https://physik-am-auto.de/generator/
beschreiben die Wandlung von Spannung und Stromstärke als weitere Eigenschaften des Transformators.
Wandelt man elektrischen Strom, dann verändert man immer gleichzeitig Spannung und Stromstärke.
Stromtransformation
Spannungstransformation
beschreiben das Energieversorgungssystem mit elektrischer Energie hinsichtlich Energiestrom und Wirkungsgrad.
Energie kann man auf verschiedene Weise transportieren. Als elektrische Energie ist dies oft sehr praktisch. Leider geht immer ein wenig beim Transport verloren.
Energie, allgemein
https://www.wissenschaftsjahr.de/2010/energieinkuerze/energie_im_zoom.html
Leifi, Analogie elektr. Strom-Energiestrom
Ein Energieheft, eher für Jg.6-8
https://www.bildungsnetzwerk-swl.de/fileadmin/user_upload/Energieheft_Landkreis_St._Wendel_2017.pdf
Lehrkraft
https://www.kpk-akademie.de/download/pdn61_1.pdf
für die Lehrkraft, Aufgabenbeispiele
https://lehrplan.lernnetz.de/index.php?DownloadID=408
nennen alltagsbedeutsame Unterschiede von Gleich- und Wechsel-strom.
Den Unterschied zwischen Gleich- und Wechselstrom kann man nicht sehen, aber messen. Manche Anwendungen brauchen Wechselstrom andere Gleichstrom.
beschreiben die gleichrichtende Wirkung einer Diode.
Eine Diode kann den Strom nur einer Richtung weiterleiten. Polt man die Diode um, dann sperrt diese den Strom. Das macht es für ElektrikerInnen interessant.
https://www.zum.de/dwu/umapet.htm
beschreiben das unterschiedliche Leitungsverhalten von Leitern und Halbleitern.
Halbleiter leiten nur halb. Vormittags ja, nachmittags nein. Oder?
https://www.ulfkonrad.de/physik/9-10/elekt2/halbleiter
beschreiben die Vorgänge am pn-Übergang mithilfe geeigneter energetischer Betrachtungen.
Fügt man 2 verschiedene Materialien zusammen, so können an der Grenzschicht eigenartige Erscheinungen gemessen werden.
Erklärung
https://www.halbleiter.org/grundlagen/leiter-nichtleiter-halbleiter/
Unterrichtssequenz
http://hans-otto.carmesin.org/images/script1/27-Elektronik9.pdf
beschreiben den Aufbau und die Wirkungsweise von Leuchtdiode und Solarzelle.
Mit einer Solarzelle kann man Strom aus Licht erzeugen. Mit dem Strom kann man dann eine Leuchtdiode zum Leuchten bringen. Der oben genannte pn-Übergang spielt dabei eine wichtige Rolle.
Leuchtdiode
https://www.leifiphysik.de/elektronik/halbleiterdiode/grundwissen/leuchtdioden-led-einfuehrung
https://www.conrad.de/de/ratgeber/technik-einfach-erklaert/led-leuchtdiode.html
Solarzelle
https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/energie/solarenergie/photovoltaik/grundlagen/
https://www.enbw.com/blog/energiewende/solarenergie/was-passiert-eigentlich-in-der-solarzelle/
http://www.dgzfp.de/Portals/24/IZ/PDF/Jugend%20forscht/RW%20Emden%202015.pdf
erläutern die Vorgänge in Leuchtdioden und Solarzellen energetisch.
Aus Lichtenergie wird elektrische Energie und umgekehrt.
UE