Heimversuche zu Einfachen Stromkreisen

Materialbedarf

1 Batterie (am besten 4,5 V - Flachbatterie)
Glühlämpchen für Taschenlampe (z.B. 6V 0,3A),

Versuch
Bringe die Pole der Batterie und die Anschlüsse des Glühlämpchens, wie in den Skizzen gezeigt, zusammen. Gib an, bei welchem Experiment das Lämpchen leuchtet.

Bitte nur immer kurz testen, ob das Glühlämpchen leuchtet, da bei einigen Versuchen der Batterie Energie entnommen wird, ohne dass das Glühlämpchen leuchtet.

Abb. 1 Bringe die Kontakte an der Batterie mit den Kontakten an der Lampe wie folgt zusammen.

Die Anschlüsse einer Stromquelle (z.B. Batterie, Netzgerät, Solarzelle, Steckdose) nennt man Pole. Kennzeichne bei den folgenden Stromquellen die beiden Pole mit farbigen Pfeilen und falls möglich mit "+" und "-".

Abb. 2 Verschieden Stromquellen, Flachbatterie, Rundbatterie, Netzteil, Steckdose

Markiere die beiden Anschlüsse der Glühlampe.

Abb. 1 Stromquelle, ein Lämpchen und Verbindungskabel, mehr benötigt man nicht, für einen einfachen Stromkreis.

Gerda hat in der Schule eine Schaltung mit einer Batterie als Elektrischer Quelle, einer Glühlampe und einigen Kabeln aufgebaut.

Aufgabe

Baue die abgebildete Schaltung auf und zeichne den zugehörigen Schaltplan.

Löse in der Schaltung verschiedene Verbindungen zwischen Kabeln und Bauteilen oder drehe die Glühlampe aus ihrer Fassung und beobachte, was sich jeweils verändert.

Wenn die Glühlampe in der Schaltung leuchtet, die Schaltung also funktioniert, dann spricht der Physiker von einem geschlossenen Stromkreis, in dem ein Strom fließt. Du sollst mit Hilfe der folgenden Arbeitsaufträge versuchen, die Wahl dieser Begriffe zu verstehen.

Aufgabe

Versuche, in der Schaltung und in deinem Schaltplan einen "geschlossenen Kreis" (der ‚Kreis’ kann auch etwas eiförmig sein) zu finden und zeichne diesen "geschlossenen Kreis" farbig nach.

In der Biologie spricht man vom Blutkreislauf, in der Physik vom ‚Stromkreislauf’. Schreibe in einer Tabelle übersichtlich auf, welche Teile des Blutkreislaufs den Bauteilen des Stromkreislaufs entsprechen könnten.

Abb. 1 Ein einfacher Stromkreis mit Schalter

Die Abbildung zeigt einen einfachen Stromkreis, bestehend aus einer Elektrischen Quelle, einer Glühlampe L und einem Ein-Aus-Schalter S.

Aufgabe

Baue die gesuchte Schaltung auf und zeichne den zugehörigen Schaltplan.

Oftmals werden die Einstellungen und das Verhalten von Bauteilen in einem Stromkreis in Form einer Tabelle übersichtlich dargestellt. Die beiden Stellungen eines Schalters werden durch die Ziffern ‚0’ für ,offen’ oder ,Aus’ und ‚1’ für ,geschlossen’ oder ,Ein’ dargestellt. Ob eine Glühlampe dunkel ist oder leuchtet, wird ebenfalls durch die Ziffern ‚0’ für ‚dunkel’ und ‚1’ für ‚leuchtet’ dargestellt.

Fülle mit Hilfe deiner Schaltung die folgende Tabelle aus.

Schalter S	Lampe L
0
1

Der Schalter S könnte auch an einer anderen Stelle des Stromkreises z.B. in die untere Leitung eingebaut werden. Erläutere, ob und wenn ja wie sich dies auf die obige Tabelle und damit auf die Funktion des Schalters auswirken würde.

Abb. 1 Sicherheitsschalter an einem Elektrorasenmäher. Die UND-Schaltung sorgt dafür, dass der Rasenmäher nur dann in Betrieb geht, wenn der Nutzer beide Hände an den Griff des Rasemähers legt.

An gefährlichen Maschinen wie z.B. Rasenmähern kann es zu schweren Verletzungen der Hände kommen. Deshalb werden die Maschinen durch zwei auseinander liegende Schalter – meist Tastschalter – in Gang gesetzt. Bei diesem Rasenmäher sind dies zum einen der grüne Knopf und zum anderen der grüne Hebel. Die Maschine funktioniert nur dann, wenn der Arbeiter seine Hände auf beide Schalter legt. So ist der Arbeiter gezwungen, die Hände aus der Maschine zu nehmen, bevor diese zu arbeiten beginnt.

Aufgabe

Du sollst nun erforschen, wie die Schaltung aufgebaut ist, die hier eingesetzt wird. Wir suchen also eine Schaltung mit einer Elektrischen Quelle (z.B. einer Batterie), einer Glühlampe (die für die Maschine steht) und zwei Ein-Aus-Schaltern, in der die Glühlampe nur dann leuchtet, wenn beide Schalter geschlossen sind.

Baue die gesuchte Schaltung auf und zeichne den zugehörigen Schaltplan.

Fülle mit Hilfe deiner Schaltung die folgende Tabelle aus.

Schalter S₁	Schalter S₂	Lampe L
0	0
1	0
0	1
1	1

Erkläre in einem Satz, der das Wort ‚und’ enthält, warum die gesuchte Schaltung UND-Schaltung heißt.

Die meisten Wohnungen haben zwei Klingelknöpfe: Einen draußen an der Garten- oder Haustür und einen zweiten direkt an der Wohnungstür. Die Klingel läutet - egal, ob nun der Klingelknopf an der Haustür oder an der Wohnungstür gedrückt wird.

Aufgabe

Du sollst nun erforschen, wie die Schaltung aufgebaut ist, die hier eingesetzt wird. Wir suchen also eine Schaltung mit einer Elektrischen Quelle (z.B. einer Batterie), einer Glühlampe (die für die Maschine steht) und zwei Ein-Aus-Schaltern, in der die Glühlampe immer dann leuchtet, wenn einer der beiden Schalter geschlossen ist.

Baue die gesuchte Schaltung auf und zeichne den zugehörigen Schaltplan.

Fülle mit Hilfe deiner Schaltung die folgende Tabelle aus.

Schalter S₁	Schalter S₂	Lampe L
0	0
1	0
0	1
1	1

Erkläre in einem Satz, der das Wort ‚oder’ enthält, warum die gesuchte Schaltung ODER-Schaltung heißt.

Willi hat den Schaltplan für eine Schaltung mit einer Elektrischen Quelle, einer Glühlampe und zwei Wechselschaltern entwickelt.

Aufgabe

Zeichne den Schaltplan ab und baue die Schaltung auf.

Fülle mit Hilfe deiner Schaltung (oder notfalls der Simulation) die folgende Tabelle aus.

Schalter S₁	Schalter S₂	Lampe L
1	1
1	2
2	1
2	2

Willi beschreibt seine Schaltung folgendermaßen: "Egal, welchen der beiden Schalter man betätigt: wenn die Glühlampe vorher aus war, dann leuchtet sie danach, wenn sie vorher leuchtete, dann ist sie danach aus." Überprüfe, ob Willi Recht hat.

Erläutere, wo überall im Alltag Willis Schaltung benutzt wird.

Karin hat eine Simulation einer Schaltung mit einer Elektrischen Quelle, einer Glühlampe, zwei Wechselschaltern und einem Kreuzschalter gefunden.

Aufgabe

Fülle mit Hilfe der Simulation die folgende Tabelle aus.

Schalter S₁	Schalter S₂	Schalter S₃	Lampe L
1	1	1
1	1	2
1	2	1
1	2	2
2	1	1
2	1	2
2	2	1
2	2	2

Karin beschreibt ihre Schaltung folgendermaßen: "Egal, welchen der drei Schalter man betätigt: wenn die Glühlampe vorher aus war, dann leuchtet sie danach, wenn sie vorher leuchtete, dann ist sie danach aus." Überprüfe, ob Karin Recht hat.

Erläutere, wo überall im Alltag Karins Schaltung benutzt wird.

Rike hat in der Schule eine Schaltung mit einer Batterie und zwei Glühlampen aufgebaut.

Aufgabe

Baue die abgebildete Schaltung auf und zeichne den zugehörigen Schaltplan.

Erläutere, warum man diese Schaltung zweier Glühlampen Reihenschaltung nennt.

Untersuche, was geschieht, wenn eine der beiden Glühlampen kaputt geht. Drehe dazu eine der beiden Glühlampen aus der Fassung (oder klicke in der Simulation ein der beiden Glühlampen als "defekt" an). Formuliere dein Ergebnis in Form eines „Wenn ..., dann ..., weil ..." – Satzes.

Untersuche, wie die Helligkeit der beiden Glühlampen im Vergleich zu der Helligkeit einer einzelnen Glühlampe ist. Erforsche dies, indem du kurzzeitig eine der beiden Glühlampen durch eine Verbindung ersetzst.

Ideen für weitere Experimente

Baue in die Schaltung eine dritte Glühlampe "in Reihe" ein und untersuche wiederum, was geschieht, wenn eine der drei Glühlampen kaputt geht und wie die Helligkeit der drei Glühlampen im Vergleich zu der Helligkeit einer einzelnen oder von zwei Glühlampen ist.

Erweitere die Schaltung durch einen Ein-Aus-Schalter, der alle beiden Glühlampen ein- und ausschaltet.

Pascal hat in der Schule auch eine Schaltung mit einer Batterie und zwei Glühlampen aufgebaut.

Aufgabe

Baue die abgebildete Schaltung auf und zeichne den zugehörigen Schaltplan.

Erläutere, warum man diese Schaltung zweier Glühlampen Parallelschaltung nennt.

Untersuche, was geschieht, wenn eine der beiden Glühlampen kaputt geht. Drehe dazu eine der beiden Glühlampen aus der Fassung (oder klicke in der Simulation ein der beiden Glühlampen als "defekt" an). Formuliere dein Ergebnis in Form eines „Wenn ..., dann ..., weil ..." – Satzes.

Untersuche, wie die Helligkeit der beiden Glühlampen im Vergleich zu der Helligkeit einer einzelnen Glühlampe ist. Erforsche dies, indem du kurzzeitig eine der beiden Glühlampen aus der Fassung drehst.

Ideen für weitere Experimente

Baue in die Schaltung eine dritte Glühlampe "parallel" ein und untersuche wiederum, was geschieht, wenn eine der drei Glühlampen kaputt geht und wie die Helligkeit der drei Glühlampen im Vergleich zu der Helligkeit einer einzelnen oder von zwei Glühlampen ist.

Erweitere die Schaltung durch einen Ein-Aus-Schalter, der alle beiden Glühlampen ein- und ausschaltet. Vorsicht vor einem Kurzschluss!

Erweitere die Schaltung durch einen Ein-Aus-Schalter, der nur eine der beiden Glühlampen ein- und ausschaltet. Vorsicht vor einem Kurzschluss!

Material

Batterie (am besten 4,5V - Flachbatterie)
Glühlämpchen für Taschenlampe (z.B. 6V / 0,3A),
ca. 2m Elektrokabel,
Büroklammern aus Metall,
Reißnägel aus Metall,
Holzbrett (Weichholz)
Glühlämpchen-Fassung

Hinweis zu technisch besseren Möglichkeiten: Statt den auf den Arbeitsblättern gezeigten, billigen Lösungen für Batteriehalter, Glühlämpchen-Fassung und Schalter kannst du auch andere verwenden, wenn sie vorhanden sind.

Abb. 1 Baue die Versuchsanordnung auf einem Holzbrett auf. Kabel und Lämpchen kannst du, falls nötig, mit einem Reisnagel befestigen

Grundaufbau auf einem Holzbrett
Zunächst befestigt man die Batterie mittels zweier Reißnägel und einem Gummiring auf dem Brett. Dann schneidet man sechs 20cm lange Stücke vom Elektrokabel ab, entferne die Isolierung jeweils 1cm von den Enden. Die Enden werden je nach Bedarf um eine Büroklammer oder die Spitze eines Reißnagels gewickelt und verdrillt.

Abb. 2 Mit Büroklammern und Reisnägeln baust du die Lampenfassung selbst.

Einfache Glühlämpchen - Halterung
Nun wird das Glühlämpchen auf dem Brett befestigt. Ein Reißnagel dient als Sockelkontakt für das Glühlämpchen und wird in das Holzbrett gedrückt. Aus einer Büroklammer wird eine Schlinge um das Gewinde des Glühlämpchens gebogen und das ganze mit einem zweiten Reißnagel am Holzbrett befestigt.

Abb. 3 Für die Versuche mit Flüssigkeiten baue dir zwei Elektroden aus Münzen und Büroklammern.

Versuch: Leiter-Nichtleiter
Zuletzt werden, wie in Abbildung 1 mit einem Holzstab gezeigt, verschiedene Gegenstände überprüft ob sie den Strom durchlassen, so dass das Lämpchen leuchtet oder nicht. Auf diese Weise kann man die Stoffe in Leiter und Nichtleiter unterscheiden. Für die Flüssigkeiten verwende ein Glas und tauche als Anschlüsse 10-Cent-Stücke in die Flüssigkeit.

Stoff	Leiter: ja/nein
10 –Cent– Stück
Nagel
Kugelschreiber
Bleistiftmine

Stoff	Leiter: ja/nein
Salz
Leitungswasser
Salzwasser
Zucker
Zuckerwasser

Zusammenfassung

Folgende Stoffe leiten den Strom:

____________________________________________________________________________________________

Material

Verkehrssicheres Fahrrad
Taschenlampenbatterie
Werkzeug
Joachim Herz Stiftung (Fahrrad CC0/ Clker-Free-Vector-Images via pixabay

Abb. 1 Welche Bauteile gehören zum Stromkreis

1)

Stromquelle beim Fahrrad

a)

Male die Stromquelle im Bild grün

b)

Die Stromquelle nennt man ________________________________

c)

Kennzeichne die Pole der Stromquelle mit einem roten und einem blauen Punkt

d)

Was steht auf der Stromquelle? ________________________________

2)

Stromkreis der Frontbeleuchtung

a)

Zeichne mit roter Farbe das Kabel ein!

b)

Ist das Kabel aus einem Strang (einphasig) oder aus zwei Strängen (zweiphasig)?

------------------------------------------------------------

c)

Zeichne oben blau die Stromrückführung ein!

3)

Taschenlampenbatterie statt Dynamo verwenden!

a)

Klemme den Draht am Dynamo ab und verbinde ihn mit einem Pol einer Taschenlampenbatterie. Warum leuchtet die Lampe nicht auf?

------------------------------------------------------------

b)

Was ist zusätzlich zu tun, damit die Lampe aufleuchtet?

------------------------------------------------------------

4)

Schaltung von Scheinwerfer und Rücklicht

a)

Drehe das Glühlämpchen am Scheinwerfer heraus und überprüfe, ob das Rücklicht trotzdem noch funktioniert, wenn der Dynamo dreht.

____________________________________________________________________________________________

b)

Notiere die Aufschriften der Glühlämpchen von Scheinwerfer und Rücklicht.

Scheinwerfer: ____________________________

Rücklicht: ._______________________________

c)

Zeichne mit Hilfe der Schaltsymbole für Glühlampe und Stromquelle den Stromkreis eines Fahrrads.

Mit der leitenden Knete ist eine Vielzahl an Experimenten aus dem Bereich Elektrizitätslehre möglich. Ihr könnt damit Leiter und Isolatoren untersuchen oder verschieden Schaltungen damit aufbauen. Mit der Knete lässt sich sogar ein Schalter bauen. In vielen Versuchsanordnungen lassen sich die Leitungen mit der Knete ersetzten, ihr könnt Versuche zum Widerstand damit machen oder euch auch neue Versuche ausdenken, die mit einem normalen Kabel gar nicht möglich sind.

Hier kommt, als erstes, die Kochanleitung für die Knete.

Rezept

Zutaten leitende Knete

eine Tasse Wasser
anderthalb Tassen Mehl
eine Viertel Tasse Salz
9 Teelöffel Zitronensaft
ein Teelöffel Speiseöl

Zutaten nichtleitende Knete

eine halbe Tasse Wasser
anderthalb Tassen Mehl
eine halbe Tasse Zucker
3 Teelöffel Speiseöl

Für die Zubereitung

2 verschiedene Lebensmittelfarben,
ein paar Handschuhe
2 verschließbare Plastikboxen (Brotboxen o.ä.)
einen Topf, Schüsseln und Rührlöffel

Leitende Knete

Eine Tasse Mehl und das Salz gut vermischen.
Wasser, Zitronensaft und Speiseöl hinzugeben und gut vermischen.
Die Masse bei mittlerer Hitze im Topf unter ständigem Rühren erhitzen bis sich in der Mitte des Topfes ein Klumpen bildet.
Die Masse abkühlen lassen.
Die halbe Tasse Mehl hinzugeben gründlich durchkneten.
Etwas Lebensmittelfarbe hinzufügen (benutzt die Handschuhe) und erneut gründlich kneten.
Die Knete in einer lufdichten Plastikbox aufbewahren.

Nichtleitende Knete

Eine Tasse Mehl und den Zucker gut vermischen.
Das Speiseöl und einen Teelöfel Wasser hinzugeben und gut durchkneten.
Nach und nach immer wieder einen Teelöfel Wasser hinzugeben und wieder durchkneten, bis der Teig schön klebrig ist.
Jetzt nach und nach das restliche Mehl zugeben und weiter durchkneten, bis der Teig fest wird, aber immer noch gut formbar ist.
Etwas Lebensmittelfarbe hinzufügen (benutzt die Handschuhe) und erneut gründlich kneten.
Knetet den Teig weiter, er darf nicht mehr klebrig sein, ansonsten gebt noch etwas Mehl hinzu beim Kneten.
Fühlt sich der Teig schnön nach Knete an, dann gebt auch diesen Teig in eine luftdichte Plastikbox.

Versuche

Die Versuche sollen euch einige Ideen liefern, was mit der Knete möglich ist. Macht die Versuche nach. Überlegt warum eine Knete den Strom leitet und die andere nicht. Denkt euch eigene Versuche mit der Knete aus. Viel Spaß!

Materialliste

Knete nach Rezept (sieht oben)
Leuchtdioden oder Fahrradglühlämpchen
Batterie 9V

Stromkreislauf	Blutkreislauf
Elektrische Quelle (z.B. Batterie)	Herz
Kabel	Adern
Glühlampe	Organe
elektrischer Strom	Blut

Einfache Stromkreise