Leiter und Nichtleiter
| Publikation: | 1.2.2001 |
| Lernstufe: | 3 |
| Übersicht: | Leiter und Nichtleiter: Was lässt Strom durch und was nicht? Liste von Leitern und Nichtleitern erstellen (1 Unterrichtsstunde). |
| Ziele: |
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| Angestrebte Kenntnisse: |
Elektrische Stromkreise mit einer Batterie als Stromquelle:
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| Dauer: | 1 Unterrichtsstunde |
| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Fragestellung
Welche Rolle spielen die Kabel in einem Stromkreis? Wodurch
könnte man sie ersetzen?
Würde zum Beispiel ein Glühlämpchen mit einem Wollfaden leuchten?
Ablauf
Gruppenarbeit
- Die Schüler/innen bauen eine Schaltung zusammen, mit der man ein Glühlämpchen mit einer Flachbatterie, einer Fassung und 3 Kabeln zum Leuchten bringen kann. Sobald das Glühlämpchen leuchtet, wird der Stromkreis zwischen zwei der Drähte geöffnet. Die Schüler/innen sollen das Glühlämpchen wieder zum Leuchten bringen, indem sie den Kontakt zwischen den Enden der beiden Drähte mit Hilfe verschiedener Gegenstände herstellen.
- Die Schüler/innen wählen eine Reihe von Gegenständen aus und notieren in eine Tabelle ihre Annahmen: Auf der einen Seite die Gegenstände, die das Glühlämpchen zum Leuchten bringen (Leiter), auf der anderen Seite diejenigen, die es nicht zum Leuchten bringen (Nichtleiter oder Isolatoren).
- Die Annahmen werden mit Hilfe des Stromkreises überprüft und die Ergebnisse im Versuchsheft notiert.
Der Draht hat offensichtlich also eine besondere Eigenschaft: Er leitet Strom, ist also ein so genannter Leiter.
Man bittet die Schüler/innen, sich Gegenstände aus dem Klassenraum zusammenzusuchen und zu überprüfen, ob sie auch Leiter sind oder nicht. Vor der Testphase müssen die Schüler/innen sich eine elektrische Schaltung ausdenken, die eine solche Überprüfung ermöglicht, und vorab voraussagen und begründen, welche Gegenstände Leiter und welche Isolatoren sind.
Abb. 1: Beispiel für einen Aufbau zum Testen der Leitfähigkeit der verschiedenen Gegenstände
Mit der ganzen Klasse
Zusammentragen: Es wird eine Tabelle der gemeinsamen Ergebnisse erstellt. Wenn es Streitfälle gibt, wird der Versuch wiederholt.
Anmerkung: Nicht der Gegenstand ist der eigentliche Leiter, sondern das Material, aus dem er besteht: Eisen, Kupfer, Aluminium.
Ergänzende Aktivitäten
Der/die Lehrer/in kann die Stunde mit einem weiteren Versuch abschließen. Er/sie kann dieses Mal die Leitfähigkeit von Flüssigkeiten testen, denen er einige Zutaten hinzufügt (Salz, Zitrone, Zucker, Öl). Man kann so bestimmen, welche Mischungen den Strom in einem Stromkreis, der eine Leuchtdiode enthält, durchlassen.
Abb.2 Aufbau zum Testen der Leitfähigkeit verschiedener Flüssigkeiten
Material
Für eine Zweier- oder Dreiergruppe:
- 1 Glühlämpchen (3,5 V) + Fassung
- 1 Flachbatterie (4,5 V)
- isolierte Drähte (an den Enden abisoliert)
- Gegenstände und Materialien aus dem Umfeld der Kinder: Plastiklineal, Holzstück, Papier, Bleistiftspitzer aus Aluminium, Kupferdraht, Schere, Kreide, Büroklammer, Geldstück usw.
- 1 Leuchtdiode (LED) zum Testen der Flüssigkeiten
- Salz, Zitrone, Zucker, Öl
- 1 Marmeladenglas
[Anmerkung der Übersetzer: Bei den Tests der Leitfähigkeit von Flüssigkeiten wird eine Leuchtdiode (LED) anstelle eines Glühlämpchens verwendet, da die Flüssigkeiten nicht besonders gut leiten und deshalb nur eine schwache Spannung zur Verfügung steht, die u.U. nicht ausreichen würde, um ein Glühlämpchen zum Leuchten zu bringen.
Allerdings muss man beim Umgang mit LEDs Vorsicht walten lassen, eine zu hohe Spannung kann sie zerstören. Deshalb sollte man eine LED nie direkt an eine Batterie (zumindest an eine Flachbatterie mit einer Spannung von 4,5 V oder solche mit noch höherer Spannung) anschließen &ndash die maximale Spannung, die man an viele handelsübliche LEDs anlegen darf, liegt bei nur ca. 2 V.
Bei der Verwendung von LEDs muss auf deren Polung geachtet werden. Die Anschlüsse einer LED sind mit + oder a (für Anode) und − oder k (für Kathode) gekennzeichnet. Die Anode muss mit dem Plus-Pol der Batterie verbunden werden, die Kathode mit dem Minus-Pol. Es schadet allerdings nicht, wenn eine LED falsch herum angeschlossen wird (bei falscher Polung darf man sogar höhere Spannungen als bei richtiger anlegen), sie leuchtet dann aber natürlich nicht.]
