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Unsichtbares Licht

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In dieser Unterrichtseinheit zum "unsichtbaren Licht" erfahren die Lernenden, dass man Licht als elektromagnetische Welle verstehen kann und dass das Wellenlängenspektrum dieser Strahlung weit über den sichtbaren Bereich hinausgeht. Die Unterrichtsmaterialien können auf Deutsch und auf Englisch (für den englisch-bilingualen Unterricht) heruntergeladen werden.

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In dieser Unterrichtseinheit zum "unsichtbaren Licht" erfahren die Lernenden, dass man Licht als elektromagnetische Welle verstehen kann und dass das Wellenlängenspektrum dieser Strahlung weit über den sichtbaren Bereich hinausgeht. Die Unterrichtsmaterialien können auf Deutsch und auf Englisch (für den englisch-bilingualen Unterricht) heruntergeladen werden.

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COULOMB-Feld - Elektrische Feldstärke (Simulation)

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Die Simulation zeigt die elektrische Feldstärke im Raum um eine ortsfeste Punktladung. Die Simulation rechnet in einem Raumbereich mit den…

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COULOMB-Feld - Feldlinien (Simulation)

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Die Simulation zeigt die Darstellung des elektrischen Feldes im Raumbereich um eine Punktladung durch Feldlinien. Die Simulation rechnet in einem…

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COULOMB-Feld - Arbeit (Simulation)

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Die Simulation zeigt die Arbeit an einer beweglichen Punktladung (genauer am System der beiden Ladungen) beim Bewegen im Raumbereich um eine ortsfeste…

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COULOMB-Feld - Potenzielle Energie (Simulation)

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Die Simulation zeigt die potenzielle Energie einer beweglichen Punktladung (genauer des Systems der beiden Ladungen) im Raumbereich um eine ortsfeste…

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COULOMB-Feld - Potenzial (Simulation)

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Die Simulation zeigt das Potenzial im Raum um eine ortsfeste Punktladung. Die Simulation rechnet in einem Raumbereich mit den Abmessungen…

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COULOMB-Feld - Äquipotenziallinien (Simulation)

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Die Simulation zeigt die Darstellung des elektrischen Feldes im Raum um eine ortsfeste Punktladung durch Äquipotenziallinien. Die Simulation rechnet…

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COULOMB-Feld - Spannung (Simulation)

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Die Simulation zeigt die Spannung zwischen zwei Punkten im Raumbereich um eine ortsfeste Punktladung. Die Simulation rechnet in einem Raumbereich mit…

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Potenzial

Grundwissen

  • Jedem Punkt \(\rm{P}\) eines elektrischen Feldes kann ein Potenzial \(\varphi_{\rm{P}_0} \left( \rm{P} \right)=\frac{{{E_{{\rm{pot}}{\rm{,}}{{\rm{P}}_0}}}\left( {\rm{P}} \right)}}{q}\) zugeordnet werden. Dieses Potenzial ist von der Größe und der Anordnung der felderzeugenden Ladung \(Q\) und der Wahl eines Bezugspunktes \(\rm{P}_0\) abhängig.
  • Im COULOMB-Feld wählt man den Bezugspunkt des Potenzials unendlich weit von der felderzeugenden Ladung entfernt. Dann hat das Potenzial im Abstand \(r\) von der felderzeugenden Ladung den Wert \( {\varphi \left( r \right)} = \frac{1}{{4 \cdot \pi \cdot {\varepsilon _0}}} \cdot Q \cdot \frac{1}{r}\).
  • Im homogenen elektrischen Feld (z.B. im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener Platten) wählt man als Bezugspunkt des Potenzials die Oberfläche der negativ geladenen Platte. Dann hat das Potenzial im Abstand \(x\) von der negativ geladenen Platte den Wert \(\varphi \left( x \right) = E \cdot x\) bzw. \(\varphi \left( x \right) = \frac{1}{{{\varepsilon_0}}} \cdot \frac{{\left| Q \right|}}{A} \cdot x\).

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Grundwissen

  • Jedem Punkt \(\rm{P}\) eines elektrischen Feldes kann ein Potenzial \(\varphi_{\rm{P}_0} \left( \rm{P} \right)=\frac{{{E_{{\rm{pot}}{\rm{,}}{{\rm{P}}_0}}}\left( {\rm{P}} \right)}}{q}\) zugeordnet werden. Dieses Potenzial ist von der Größe und der Anordnung der felderzeugenden Ladung \(Q\) und der Wahl eines Bezugspunktes \(\rm{P}_0\) abhängig.
  • Im COULOMB-Feld wählt man den Bezugspunkt des Potenzials unendlich weit von der felderzeugenden Ladung entfernt. Dann hat das Potenzial im Abstand \(r\) von der felderzeugenden Ladung den Wert \( {\varphi \left( r \right)} = \frac{1}{{4 \cdot \pi \cdot {\varepsilon _0}}} \cdot Q \cdot \frac{1}{r}\).
  • Im homogenen elektrischen Feld (z.B. im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener Platten) wählt man als Bezugspunkt des Potenzials die Oberfläche der negativ geladenen Platte. Dann hat das Potenzial im Abstand \(x\) von der negativ geladenen Platte den Wert \(\varphi \left( x \right) = E \cdot x\) bzw. \(\varphi \left( x \right) = \frac{1}{{{\varepsilon_0}}} \cdot \frac{{\left| Q \right|}}{A} \cdot x\).

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Lernaufgabe: Kraftwerk Mensch

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Diese Lernaufgabe der iMINT-Akademie Berlin zum übergreifenden Thema „Verbraucherbildung“ beschäftigt sich mit dem Energiehaushalt des menschlichen Körpers und soll dazu beitragen, dass die Schülerinnen und Schüler die Funktionsweise ihres Körpers besser kennenlernen und den verantwortungsvollen Umgang mit Nahrung erlernen.
Zur Erarbeitung des Themas stehen verschiedene Material- und Hilfekarten zur Verfügung. Als Lernprodukt entsteht ein Lernplakat. Dieser Link führt zum editierbaren Word-Dokument.

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Diese Lernaufgabe der iMINT-Akademie Berlin zum übergreifenden Thema „Verbraucherbildung“ beschäftigt sich mit dem Energiehaushalt des menschlichen Körpers und soll dazu beitragen, dass die Schülerinnen und Schüler die Funktionsweise ihres Körpers besser kennenlernen und den verantwortungsvollen Umgang mit Nahrung erlernen.
Zur Erarbeitung des Themas stehen verschiedene Material- und Hilfekarten zur Verfügung. Als Lernprodukt entsteht ein Lernplakat. Dieser Link führt zum editierbaren Word-Dokument.

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Lernaufgabe: Kraftwerk Mensch

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Zur Erarbeitung des Themas stehen verschiedene Material- und Hilfekarten zur Verfügung. Als Lernprodukt entsteht ein Lernplakat.

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Übersicht über die Strömungslehre

Grundwissen

  • Die Strömungslehre beschäftigt sich mit der Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen.
  • Dabei unterscheidet man die Bewegung von Flüssigkeiten (Hydrodynamik) und die von Gasen (Aerodynamik).
  • Die Strömungslehre hat vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im Alltag.

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Grundwissen

  • Die Strömungslehre beschäftigt sich mit der Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen.
  • Dabei unterscheidet man die Bewegung von Flüssigkeiten (Hydrodynamik) und die von Gasen (Aerodynamik).
  • Die Strömungslehre hat vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im Alltag.

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Kapazität des Plattenkondensators

Grundwissen

  • Die Kapazität eines Plattenkondensators (Flächeninhalt der (gleichgroßen) Platten \(A\), Plattenabstand \(d\), Dielektrikum mit relativer Dielektrizitätskonstante \({\varepsilon _r}\)) berechnet sich durch \(C = {\varepsilon _0} \cdot {\varepsilon _r} \cdot \frac{A}{d}\).

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Grundwissen

  • Die Kapazität eines Plattenkondensators (Flächeninhalt der (gleichgroßen) Platten \(A\), Plattenabstand \(d\), Dielektrikum mit relativer Dielektrizitätskonstante \({\varepsilon _r}\)) berechnet sich durch \(C = {\varepsilon _0} \cdot {\varepsilon _r} \cdot \frac{A}{d}\).

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Quiz zur Kondensatorformel

Aufgabe ( Quiz )
Aufgabe ( Quiz )

Kondensator und Kapazität

Grundwissen

  • Ein Kondensator ist eine Anordnung von zwei Leitern, zwischen denen sich ein isolierendes Material, ein sogenanntes Dielektrikum befindet.
  • Legt man über die beiden Leiter eine Spannung an, dann befinden sich nach einiger Zeit auf den Leitern entgegengesetzte, betraglich gleich große Ladungen.
  • Der Ladungsbetrag \(Q\), der sich auf dem Kondensator befindet, ist proportional zur Spannung \(U\), die über dem Kondensator anliegt: \(Q=C \cdot U\). Den Proportionalitätsfaktor \(C\) bezeichnet man als Kapazität des Kondensators. 

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Grundwissen

  • Ein Kondensator ist eine Anordnung von zwei Leitern, zwischen denen sich ein isolierendes Material, ein sogenanntes Dielektrikum befindet.
  • Legt man über die beiden Leiter eine Spannung an, dann befinden sich nach einiger Zeit auf den Leitern entgegengesetzte, betraglich gleich große Ladungen.
  • Der Ladungsbetrag \(Q\), der sich auf dem Kondensator befindet, ist proportional zur Spannung \(U\), die über dem Kondensator anliegt: \(Q=C \cdot U\). Den Proportionalitätsfaktor \(C\) bezeichnet man als Kapazität des Kondensators. 

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Kondensatorformel - Formelumstellung (Animation)

Download ( Animationen )

Die Animation zeigt das schrittweise Auflösen der Kondensatorformel nach den drei in der Formel auftretenden Größen.

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Die Animation zeigt das schrittweise Auflösen der Kondensatorformel nach den drei in der Formel auftretenden Größen.

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Spannung und Ladung beim Kondensator

Versuche

  • Mit diesem Versuch soll der Zusammenhang zwischen der Spannung, die über einem Kondensator anliegt und der Ladung, die sich auf dem Kondensator befindet, untersucht werden.

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Versuche

  • Mit diesem Versuch soll der Zusammenhang zwischen der Spannung, die über einem Kondensator anliegt und der Ladung, die sich auf dem Kondensator befindet, untersucht werden.

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Kondensatorformel - Formelumstellung

Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

Um Aufgaben rund um den Kondensator zu lösen musst du häufig die Gleichung \(Q = C \cdot U\) nach einer Größe, die unbekannt ist, auflösen. Wie du das…

Zur Aufgabe
Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

Um Aufgaben rund um den Kondensator zu lösen musst du häufig die Gleichung \(Q = C \cdot U\) nach einer Größe, die unbekannt ist, auflösen. Wie du das…

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Füllungen im Plattenkondensator

Versuche

  • In diesem Versuch wird das Verhalten der Spannung über einem geladenen Plattenkondensator untersucht, wenn bei abgeklemmter elektrischer Quelle verschiedene Materialien zwischen die Platten gebracht werden.

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Versuche

  • In diesem Versuch wird das Verhalten der Spannung über einem geladenen Plattenkondensator untersucht, wenn bei abgeklemmter elektrischer Quelle verschiedene Materialien zwischen die Platten gebracht werden.

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Veränderung des Plattenabstands

Versuche

  • In diesem Versuch wird das Verhalten der Spannung über einem geladenen Plattenkondensator untersucht, wenn bei abgeklemmter elektrischer Quelle der Plattenabstand verändert wird.

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Versuche

  • In diesem Versuch wird das Verhalten der Spannung über einem geladenen Plattenkondensator untersucht, wenn bei abgeklemmter elektrischer Quelle der Plattenabstand verändert wird.

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Elektronenblitzgerät

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Ein Elektronenblitzgerät enthält einen Kondensator mit der Kapazität \(1{,}00 \cdot {10^{-4}}\,{\rm{F}}\), der mit einer Spannung von…

Zur Aufgabe
Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Ein Elektronenblitzgerät enthält einen Kondensator mit der Kapazität \(1{,}00 \cdot {10^{-4}}\,{\rm{F}}\), der mit einer Spannung von…

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Kapazität des Plattenkondensators - Formelumstellung

Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

a) Berechne die Kapazität eines luftgefüllten Plattenkondensators, dessen Platten den Flächeninhalt…

Zur Aufgabe
Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

a) Berechne die Kapazität eines luftgefüllten Plattenkondensators, dessen Platten den Flächeninhalt…

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Abgeklemmte elektrische Quelle

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

An einen luftgefüllten Plattenkondensator mit der Plattenfläche von \(400\,\rm{cm}^2\) je Platte und dem Plattenabstand \(2{,}50\,\rm{mm}\) wird…

Zur Aufgabe
Aufgabe ( Übungsaufgaben )

An einen luftgefüllten Plattenkondensator mit der Plattenfläche von \(400\,\rm{cm}^2\) je Platte und dem Plattenabstand \(2{,}50\,\rm{mm}\) wird…

Zur Aufgabe

Energie einer Gewitterwolke

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Eine Wolke mit der Flächenausdehnung von \(100000\,\rm{m}^2\) befindet sich in der Höhe \(420\,\rm{m}\) über der Erdoberfläche. Zwischen der Wolke und…

Zur Aufgabe
Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Eine Wolke mit der Flächenausdehnung von \(100000\,\rm{m}^2\) befindet sich in der Höhe \(420\,\rm{m}\) über der Erdoberfläche. Zwischen der Wolke und…

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Laden eines Plattenkondensators

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Ein Plattenkondensator mit kreisförmigen Platten (Plattenradius \(12\,{\rm{cm}}\), Plattenabstand \(4{,}0\,{\rm{mm}}\)) wird in der Zeit \(1{,}0 \cdot…

Zur Aufgabe
Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Ein Plattenkondensator mit kreisförmigen Platten (Plattenradius \(12\,{\rm{cm}}\), Plattenabstand \(4{,}0\,{\rm{mm}}\)) wird in der Zeit \(1{,}0 \cdot…

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Wechselwirkungskräfte mit Sensoren

Versuche

Der Versuch veranschaulicht in Diagrammform, dass Wechselwirkungskräfte immer gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet sind.

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Versuche

Der Versuch veranschaulicht in Diagrammform, dass Wechselwirkungskräfte immer gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet sind.

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2. Newtonsches Gesetz (Aktionsprinzip)

Grundwissen

  • Wirkt auf einen Körper eine resultierende Kraft \(\vec{F}\), so wird der Körper in die Richtung der Kraft beschleunigt.
  • Es gilt \(\vec{F}=m\cdot \vec{a}=m\cdot \frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}\)
  • Die Einheit der Kraft ist 1 Newton: \(\left[ F \right] = \left[ m \right] \cdot \left[ a \right] = 1\,{\rm{kg}} \cdot 1\,\frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}} = 1\,{\rm{kg}} \cdot \frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}} = 1\,{\rm{N}}\)

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  • Wirkt auf einen Körper eine resultierende Kraft \(\vec{F}\), so wird der Körper in die Richtung der Kraft beschleunigt.
  • Es gilt \(\vec{F}=m\cdot \vec{a}=m\cdot \frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}\)
  • Die Einheit der Kraft ist 1 Newton: \(\left[ F \right] = \left[ m \right] \cdot \left[ a \right] = 1\,{\rm{kg}} \cdot 1\,\frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}} = 1\,{\rm{kg}} \cdot \frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}} = 1\,{\rm{N}}\)

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Kondensator als Energiespeicher

Versuche

  • Mit diesem Versuch soll gezeigt werden, dass ein geladener Kondensator elektrische Energie speichert.

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Versuche

  • Mit diesem Versuch soll gezeigt werden, dass ein geladener Kondensator elektrische Energie speichert.

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