Schulversuchspraktikum
AnsgarMisch
Sommersemester2016
Klassenstufe5&6
EinfacheKraftwerke(Wasser,Wind,Solaretc.)
AufeinenBlick:
Die Unterrichtseinheit „Einfache Kraftwerke“ für die Jahrgangsstufe 5/6 setzt sich aus
zwei Lehrerdemonstrationsexperimenten und zwei Schülerexperimenten zusammen. Die
Lehrerdemonstrationsexperimente eignen sich allerdings auch als Schülerexperimente, da
eineGefährdungderSchülerinnenundSchülernichtbesteht.UmeineZeitersparnisimUn-
terrichtzuerreichen,werdensieindieserEinheitallerdingsalsLehrerdemonstrationsexpe-
rimente vorgestellt. In dieser Einheit lernen die Schülerinnen und Schüler ausgewählte
Kraftwerkstypen sowie deren Funktionsprinzipien anhand einfacher Modelle kennen. Die
Funktionsprinzipien können vor allem imRahmenvonProjektenoder Exkursionen kritisch
hinterfragtundmiteinanderverglichenwerden.
Inhalt1BeschreibungdesThemasundzugehörigeLernziele 3 2RelevanzdesThemasunddidaktischeReduktion 4
3MitWindkrafteinenElektromotorbetreiben(LV/SV) 44Sonnenmühlen(SV) 65WassererhitzenmiteinemParabolspiegel(LV/SV) 76EffizienzeinerSolarzelleinAbhängigkeitvomWinkelderEinstrahlung(SV) 87DidaktischerKommentarzumSchülerarbeitsblatt 12
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1BeschreibungdesThemasundzugehörigeLernziele
Menschenbrauchen in ihremalltäglichenLebenständigEnergie.DurchelektrischeEnergie
werdenLichtundWärmeerzeugtundHaushaltsgerätekönnenbetriebenwerden.Fühltsich
jemandmüde oder krank, hörtman oft, dass er keine Energie hat, dass sein Bewegungs-
drangalsoeingeschränktist.BewegungistdemnacheinVorgang,dernichtohneEnergiezu-
fuhrablaufenkann.EineinteressanteFragestellungergibtsichdaherausderUmkehrdieses
Satzes: Ist esmöglichausBewegungauchumgekehrtwiederEnergie zugewinnenund für
andereProzessenutzbarzumachen?
Bei der Auseinandersetzung mit dieser Fragestellung in der Unterrichtseinheit „Einfache
Kraftwerke“sollendieSchülerinnenundSchüler*vorrangiglernen,dasselektrischeEnergie
in Generator- und Solarkraftwerken gewonnenwerden kann. Dabei sollte allerdings strikt
beachtetwerden,dassvermitteltwird,dassdiegewonneneEnergienichtentstehtoderer-
zeugtwird,sonderndass inGeneratorenlediglichBewegungsenergieinelektrischeEnergie
umgewandelt wird. Zur Verdeutlichung könnte das Prinzip des Fahrraddynamos (elektro-
magnetische Induktion) vorgestellt werden, das aber vorerst nur phänomenologisch be-
trachtetwerdensollte.
Desweiterenergibtsich,dassdieSuSunterschiedlicheArtenvonKraftwerkenundihreFunk-
tionsprinzipien kennenlernen sowie ihreVor- undNachteile bewerten sollen.DieBetrach-
tungvonSolarkraftwerkenkannanhandvonVersuchenmitSolarzellenerfolgen.DasFunkti-
onsprinzip einer Solarzelle sollte hier jedoch nur phänomenologisch behandelt werden.
VielmehrkanndieEffizienzvonSolarzellenuntersuchtwerden,indemdieAbhängigkeitder
gewonnenen elektrischen Energie vom Einstrahlwinkel ermittelt wird. Beim Erhitzen von
WasserunterVerwendungeinesParabolspiegelssollendieSuSlernen,dassLichtstrahlenin
einem „Brennpunkt“ gebündelt werden können und so Strahlung effizienter ausgenutzt
werdenkann (Versuch zumErhitzenvonWassermiteinemselbstgebasteltenParabolspie-
gel).
Im Rahmen einer Gesamtbetrachtung und eines Vergleichs von Kraftwerktypen sollen die
SuSlernen,dassdieUmwandlungvonEnergie(Bewegungsenergie/Sonnenenergie->elektri-
*ImFolgendenwirdanstellevon„SchülerinnenundSchüler(n)“derEinfachheithalberdieAbkürzung„SuS“verwendet.
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scheEnergie)stetsverlustbehaftetist,alsoein„PerpetuumMobile“nichtdarstellbarist.Bei
derlaborpraktischenTätigkeit(Aufbau,Durchführung,Beobachtung,Deutung)erwerbendie
SuSzudemprozessbezogeneKompetenzen(Erkenntnisgewinnung,Kommunikation).
2RelevanzdesThemasunddidaktischeReduktion
In unserem alltäglichen Leben in den westlichen Industrienationen übernimmt vor allem
elektrischeEnergieeinezentraleRolle.VieleBereichedesöffentlichenLebenswürdenohne
dieNutzungelektrischerEnergienahezuzumErliegenkommen.SieistauchfürSuSinnahe-
zu allen Lebensbereichen allgegenwärtig und kaum zu entbehren. Die Bandbreite der An-
wendungelektrischerEnergie reichtvomBetriebdesWeckersbis zurNutzungderelektri-
schenZahnbürste.DaheristeinwichtigerAspektderUrsprungbzw.dieQuellederinForm
vonStromnutzbarenelektrischenEnergie.
Daszugrunde liegendeFachwissenmuss füreineBehandlung in Jahrgangsstufe5/6 ingro-
ßenTeilenstarkreduziertwerden,dazentralephysikalischeGrundbegriffe (z.B.Mechanik)
erst inJahrgangsstufe7/8thematisiertwerden.DerAufbauundderMechanismusderGe-
winnungvonelektrischerEnergieinderSolarzellesolltenhiernochnichtbehandeltwerden.
Einige Grundbegriffe des Themenfelds „Energie“ können allerdings schon hier eingeführt
und sinnvoll genutzt werden (Energieerhaltung). Zudem können die in anderen Einheiten
gelegtenGrundlagen(einfacheStromkreise,Optik)angewendetundvertieftwerden.
BeimVergleich verschiedenerKraftwerkstypenbietet sich aucheher einephänomenologi-
scheBetrachtungunterBerücksichtigungvonVor-undNachteilenalseinekritischeBetrach-
tungeinzelnerProzesse. ImRahmenvonExkursionenoderProjektenkönnendieSuSauch
durchdieBesichtigungvonKraftwerken(Windparks,Wasserturbinen,Biogasanlagen)zusätz-
lichmotiviertwerdenunderfahreneinendirektenAnwendungsbezug.BeieinersolchenBe-
sichtigung kann den SuS eindrucksvoll veranschaulichtwerden, dass ein Generator Bewe-
gungsenergielediglichinelektrischeEnergieumwandelt.DabeilernendieSuS,dassEnergie
nichterzeugtodervernichtetwerdensondernlediglichumgewandeltwerdenkann.
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3Lehrerversuche
3.1MitWindkrafteinenElektromotorbetreiben
DieUmwandlungvonBewegungsenergie (DrehungeinesWindrades) inelektrischeEnergie
kannmithilfeeinesGenerators ineinemWindraderfolgen.DieserVersuch,der zurZeiter-
sparnis als Lehrerdemonstrationsversuch durchgeführt werden kann, kann ebenfalls als
Schülerversuchdurchgeführtwerden,da keinerlei gefährlicheChemikalieneingesetztwer-
den.DerBetriebdesWindradesdurchAnpusten,solldieUmwandlungvonBewegungsener-
gie in elektrischeEnergie verdeutlichen.Gleichzeitig kann gezeigtwerden, dassdieseUm-
wandlungnichtverlustfreiabläuft.
Gefahrenstoffe- - -
Materialien: 2baugleicheWindräderoder1WindradundeineGlühlampe
1Multimeter(SV)oderDemonstrations-VoltmeterundAmperemeter
(LV),5Kabel,1Fön
Chemikalien: -
Aufbau:
Abbildung1:AufbauzumBetreibeneinesMotors(blauesWindrad)durch
einanderesWindrad(gelbesWindrad),dasalsGeneratoreingesetztwird.
DieWindräder,bzw.dasWindradunddieGlühlampe,unddasMul-
timeterwerdenineinerReihenschaltungangeordnet.
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Durchführung: Mit dem Fön oder direktmit demMundwird eines derWindräder
angepustet, sodasssichdessenPropellerdreht.WerdenzweiWind-
räderverwendet,mussderAbstandzwischendiesengroßgenugsein,
umeineBeeinflussungdurchdenFönausschließenzukönnen.
Beobachtung: WirddasWindradangepustetodermitdemFönangeblasen,sowird
der Propeller durch den Luftzug bewegt. Bereits bei einer geringen
Drehzahl kannmit demMultimeter eine auftretende Spannung ge-
messen werden. Diese steigt, wenn dasWindrad schneller bewegt
wird.Wird indenAmperemeterbetriebumgeschaltet, dannbewegt
sichabeinergenügendhohenDrehzahldesPropellersauchderzwei-
tePropellerbzw.dieGlühlampefängtanzuleuchten.Dieserfolgtal-
lerdingserstimAmperemetermodus,dasonstderinnereWiderstand
desMessgeräts inderReihenschaltungzuhoch ist.BeiVerwendung
vonzweibaugleichenPropellernkannaußerdembeobachtetwerden,
dassderzweitePropeller,deralsVerbraucher fungiert,niedieglei-
cheDrehzahlerreichtwiederursprünglichangepustetePropeller.Die
Drehzahl des Verbraucher-Propellers bleibt stets kleiner als die des
Erzeugers.
Deutung: DurchdenLuftzugwirdeineDrehungdesPropellers verursacht.Die
Bewegungsenergiewird imMotor (Generator) inelektrischeEnergie
umgewandelt. Die gewonnene elektrische Energie wird im zweiten
Windradwiederum in Bewegungsenergie umgewandelt, sodass sich
schließlichdaszweiteWindradebenfallsdreht.DieBeobachtungkann
infolgendemJe-desto-Satzfestgehaltenwerden:JeschnellerderPro-
peller bewegtwird, desto höher ist die gemessene Spannung (desto
schnellerbewegtsichauchderzweitePropeller).DerzweitePropeller
bewegtsichallerdingsniesoschnellwiederstromerzeugendePropel-
ler,dabeiUmwandlungundTransportEnergieverlustedurchReibung
bzw.SpannungsunterschiededurchinnereWiderständeauftreten.
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Entsorgung: -
Dieser Versuch ist gut als Einstiegsversuch geeignet, wenn thematisiert werden soll, wie
nutzbarer Strom erzeugt wird. Er ist aus einfachenMaterialien aufgebaut und kann auch
durchdasHinzufügenweitererPropellermodifiziertwerden. InsbesonderefüreineEinheit
zumThemaelektrischerStromwürdensichdafürderAufbauvonReihen-undParallelschal-
tungenanbieten,umdenZusammenhangvonStromstärkeundSpannungzuverdeutlichen.
Für den alternativen Versuchsaufbau mit Verwendung einer Glühlampe sollte darauf
geachtetwerden,dassdieseaucheineLeistunghat,diedurchdasWindradbereitgestellt
werdenkann.
3.2WassererhitzenmiteinemParabolspiegel(LV/SV)
IndiesemVersuchwerdenWasserprobeninSchnappdeckelgläsernvergleichweisenebenei-
nandererhitzt, indemeinStrahler füretwa25–30Minutenauf siegerichtetwird.Hinter
einemderSchnappdeckelgläserwirdeinParabolspiegelsoaufgestellt,dasssichderBrenn-
punktdesParabolspiegels imBereichdesSchnappdeckelglasesbefindet. IndiesemExperi-
mentsollendieSuS lernen,dasssichSonnenlichtdurchVerwendungeinesParabolspiegels
ineinemPunktkonzentrierenlässtunddadurcheinehöhereWärmeenergiefreigesetztwird.
Gefahrenstoffe- - -
Materialien: 2Schnappdeckelgläser,2Messzylinder,Alufolie,Kleber,Papprolle,
Strahler,kleinerTrichter,Wasser
Aufbau: IneinemAbstandvonetwa30cmwerdendieSchnappdeckelgläser
zentriertvordenStrahlergestellt.HintereinemderGläserwirdder
Parabolspiegelsopositioniert,dassderBrennpunktimInnerendes
Schnappdeckelglasesliegt.
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Durchführung: DiePapprollewird soaufgeschnitten,dass zweioffeneRollenbögen
entstehen.EinerderBögenwirdaufderInnenseitemitAluminiumfo-
liebeklebt.MitdenMesszylindernwerdenjeweils10mLWasserab-
gemessenundindieSchnappdeckelgläsergegeben.DieGläserdürfen
nicht verschlossen werden. Dann werden die Gläser wie oben be-
schriebenvordenStrahlergestellt,derselbstgebastelteParabolspie-
gelhintereinemGlaspositioniertundderStrahler füretwa25–30
Minutenangestellt.AnschließendwirddasWasserausdenSchnapp-
deckelgläsernwiederzurückindieMesszylindergegebenunderneut
gemessen.
Beobachtung: DasWasser,das indemGefäßvordemParabolspiegel stand,weist
eingeringeresVolumenaufalsdasandere.
Deutung: DasWasser, das vor dem Parabolspiegel positioniertwurde,wurde
durch an den Spiegelwänden reflektierte Strahlung stärker erhitzt.
Die Strahlung wird durch den Parabolspiegel auch in einem Punkt,
demBrennpunkt,konzentriert.
Entsorgung: -
Abbildung2:EinmitWassergefülltesSchnappdeckelglaswirdvordemgebasteltenParabolspiegel
positioniertundangestrahlt.DerMesszylinderdientzurBestimmungdesWasservolumens.
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Dieser Versuch kann auch als Schülerversuch durchgeführtwerden, da hier keineGefähr-
dungderSchülerdurchGefahrstoffebesteht.EbenfallskannderVersuchmiteinemindust-
riell gefertigten Parabolspiegel durchgeführt werden.Was die Ergebnisse noch deutlicher
stützenwürde.BeiVerwendungvonselbstgebasteltenParabolspiegeln istallerdingszube-
achten, dass einBrennpunkt jedochmeist nicht ideal erreichtwerden kann, dadie Krüm-
mungderRolleungleichmäßigistoderdieAlufolienichtgleichmäßiggenugaufgeklebtwur-
de.AuchdieAnbringungvonThermometernistdenkbar.DieSuSkönntendanndenTempe-
raturverlaufdereinzelnenGefäßegraphischauswerten.
4Schülerversuche
4.1Sonnenmühlen(SV)
Wird eine absolut stillstehende Sonnenmühle mit einem Strahler angeleuchtet, fängt sie
nacheinerWeilean,eineDrehbewegungauszuüben.IndiesemVersuchwirdmiteinerSon-
nenmühle sichtbar gemacht, dass Sonnenlicht eine energiereiche Strahlung ist, die in der
Lageist,schwarzeFlächenaufzuheizen.DieSuSsollenindiesemVersucherkennen,dassbei
einer Sonnenmühledas Licht vondermitAlufoliebeklebtenSeite reflektiertwirdunddie
schwarzeSeiteaufgeheiztwird.DadurchkommtesschließlichzueinerDrehbewegung.
Gefahrenstoffe- - -
Materialien: Aluminiumfolie, Streichholz, schwarzer Tonkarton, Klebstoff,
Schaschlikspieße,Bindfaden,2x800mL-Becherglas,Strahler
Aufbau: Aus schwarzem Tonkartonwerden Rechtecke von etwa 3,5 x 4 cm
geschnitten.NunwerdenzweiRechteckeaufbeidenSeitenmitAlu-
folie(VarianteI)odervierRechteckejeweilsaufeinerSeitemitAlufo-
lie(VarianteII)beklebt.DieRechteckewerdennunandieStreichhöl-
zer geklebt und getrocknet. Bei Variante I werden imWechsel ein
schwarzes und ein mit Alufolie beklebtes Rechteck, bei Variante II
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zweigleicheRechteckegegenüberliegendaufgeklebt,sodassdieFo-
lienseite inderDraufsicht stets linkssitzt.NunwirdamStreichholz-
kopfeinBindfadenfestgeklebt.DasandereEndedesFadenswirdum
einenSchaschlikspießgewickelt.
Abbildung3:EineSonnenmühlewirdineinemBecherglasaufgehängt
undvoneinemStrahlerangestrahlt.
Durchführung: DieSonnenmühlewirdmithilfederSchaschlikspieße frei imBecher-
glasschwebendaufgehängt.NunwirdeinStrahleraufdieBecherglä-
sergerichtetundetwafür5–7Minutengewartet.
Beobachtung: NachwenigenMinutenbeginntsichdieSonnenmühlezudrehen.Ein
UnterschiedzwischenVarianteIundVarianteIIistnichtfestzustellen.
Deutung: BeiderBestrahlungderSonnenmühlewerdenLichtstrahlenvonden
mitAlufoliebeklebtenFlügeln reflektiert.AndenschwarzenFlügeln
wird durch die eintreffende StrahlungWärme frei, die zu einer Er-
wärmung und Bewegung der unmittelbar umgebenden Luft führt,
sodassauchdieMühleinBewegungversetztwird.
Entsorgung: -
Literatur: [1]UnabhängigesInstitutfürUmweltfragen,ExperimentefürdieGrundschule,Klasse4–6,http://www.ufu.de/media/content/files/Fachgebiete/Klimaschutz/LehrerbildungEE/Experimentieranleitungen_Grundschule_20120910.pdf,2012;Sonnenmühle,S.12,zuletztaufgerufenam23.07.2016
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UnterschiedezwischenderselbsterstelltenVarianteIundVarianteIIsindkaumfestzustel-
len,dadieMühlenoftmalsnichtidealausgependeltundbefestigtsindundsichnichtineiner
idealgeschütztenUmgebungbefinden.Bei industriellgefertigtenSonnenmühlen,diemeist
ineinerGlaskugeleingeschlossensind,lässtsichallerdingsbeobachten,dassVarianteIInach
einergewissenZeiteineetwasschnellereDrehbewegungausführt.
4.2EffizienzeinerSolarzelleinAbhängigkeitvomWinkelderEinstrahlung(SV)
In Solarzellenwird Sonnenlicht (Strahlungsenergie) in elektrischeEnergieumgewandelt. In
diesemVersuch sollmit einer Solarzelle elektrische Energie gewonnenwerden, um einen
Propeller oder eine Lampe zu betreiben. Anschließendwird durch Drehung der Solarzelle
gezeigt,dassdieUmwandlungvonSonnenstrahlunginelektrischeEnergievomDrehwinkel
derSolarzellezurLichtquelleabhängt.
Materialien: Solarzelle, Lichtquelle, Multimeter, Windrad, Kabel, Drehwinkel-
schablone,Arbeitsblatt
Aufbau:
Abbildung4:AufbaudesStromkreisesausSolarzelle(rechts),MultimeterundWindrad
DieSolarzellewirdineinemfestenAbstandvon60cmvonderLicht-
quellesoaufdieDrehwinkelschablonegestellt,dassdie90°-Liniede-
ckungsgleich zur Oberflächennormalen verläuft. Auf der Verlänge-
rungderNormalenwirdauchdieLichtquelleausgerichtet.AndieSo-
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larzellewirddanndasWindradunddazuparalleldasMultimeteran-
geschlossen.
Durchführung: Die Solarzelle wird aus der Startposition heraus angeleuchtet. Das
Multimeterwirdals Spannungsmessgerätbetrieben.Derangezeigte
Wert fürdieauftretendeSpannungwirdaufgezeichnetund ineiner
TabellegegendenDrehwinkel(sieheGradzahlenaufderSchablone)
aufgetragen. Das Verhalten des Windrades wird ebenfalls notiert.
DanachwirddieSolarzelleineinemWinkelvon15°gedrehtunddie
oben beschriebenen Schritte erneut durchgeführt.Wenn der Dreh-
winkelvon90°erreichtoderüberschrittenwurdekannoptionalauch
eine Reflektionsfläche in die Nähe der Solarzelle gebracht werden.
DieBeobachtungwirdebenfallsnotiert.
Beobachtung: Die auftretende Spannunghängt vomDrehwinkel der Solarzelle zur
Lichtquelleab.DieSuSsollendasbeobachteteVerhaltenineinemJe-
desto-Satz notieren: Je größer der Drehwinkel der Solarzelle zur
Lichtquelleist,destogeringeristdiegemesseneSpannung(bzw.des-
tolangsamerdrehtsichdasangeschlosseneWindrad).
Deutung: GehtmanderEinfachheithalberdavonaus,dasseineLichtquelleein
BündelzueinanderparallelverlaufenderLichtstrahlenaussendet,das
einebestimmteBreitehat,dannkannzeichnerischdargelegtwerden,
dass die Anzahl der auf dieOberfläche der Solarzelle auftreffenden
LichtstrahlenmitgrößerwerdendemDrehwinkelgeringerwird.Dar-
aus folgt, dass die umgewandelte Strahlungsenergie ebenfalls mit
größerwerdendemDrehwinkelabnimmt.
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DieSuSkönntenebenfallsschließen,dassLichtstrahleneinerbestimmtenLichtquelleauch
einenspezifischenEnergiebetragaufweisen,dervonderArtderLichtquelleabhängt.Eben-
so lässt sichnachDurchführungdesoptionalenTeils ermitteln, dass Lichtstrahlen reflek-
tiertwerdenkönnenundsowiedervonderSolarzellezurUmwandlunginelektrischeEner-
gieaufgenommenwerdenkönnen.
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EffizienzeinerSolarzelleinAbhängigkeitvomWinkelderEinstrahlung
Material:
Solarzelle,Lichtquelle,Multimeter,Windrad,Kabel,Drehwinkelschablone
Aufbau:
1. StelledurchAnfertigungeinerSchalt-
skizze den Aufbau des vorgestellten
Schülerexperimentsdar.
Durchführung:
RichtedieSolarzelleaufderWinkelschabloneausundstrahlesiemitdemStrahleran.Trage
den angezeigtenWert für die auftretende Spannung in der Tabelle ein. Notiere auch das
VerhaltendesWindrades.DrehedanachdieSolarzelleineinemWinkelvon15°undnotiere
DeineMessergebnisseerneut.
Beobachtung:
2. ProtokolliereDeineBeobachtungundMessergebnissegemäßderVersuchsdurchfüh-
runginderuntenstehendenTabelleundstelledieErgebnissezeichnerischdar.
Drehwinkel gemesseneSpannungU[mV] BewegungdesWindrades
0°
15°
30°
45°
60°
75°
90°
>90°
Deutung:
3. WertetdieprotokolliertenErgebnisseausAufgabe2aus.StellteineVermutungdervon
EuchbeobachtetenAbhängigkeitaufunddiskutiertdieseinderKlasse.
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7DidaktischerKommentarzumSchülerarbeitsblatt
DasArbeitsblattsolldieSuSbeimAnfertigendesVersuchsprotokollsunterstützen.DieSuS
können zudemdasHauptaugenmerkaufdieDurchführungundBeobachtungbeimExperi-
mentieren legen.DieswirddurchdievorgegebeneStrukturdesArbeitsblattesunterstützt.
DerAufbaudesExperimentssolltedenSuSalsLehrerdemonstrationsexperimentvorgeführt
werden, sodass dieser dann übernommen, nachgebaut und in einer Schaltskizze notiert
werdenkann.
ZurBearbeitungderAufgabenaufdemgegebenenArbeitsblattsolltendieSuSbereitsüber
grundlegendeKenntnissevonStromkreisen,insbesonderevonReihen-undParallelschaltun-
gen verfügen. Das Erstellen einfacher Grafiken und Diagramme sollte ihnen ebenfalls aus
demMathematikunterrichtbekanntsein.
7.1Erwartungshorizont(Kerncurriculum)
FolgendeKompetenzenimThemenbereich„MagnetismusundElektrizität“(Physik)werden
durchdasArbeitsblattindenBereichenFachwissen,Erkenntnisgewinnung,Kommunikation
undBewertunggefördert:
Fachwissen: DieSuSerkenneneinfacheStromkreise,beschreibenihrenAuf-
bau und nennen die Hauptbestandteile. Sie fertigen einfache
SchaltskizzendesAufbausanundwenden ihreKenntnisseaus
demFachbereichElektrizitätan.(Aufgabe1)
Erkenntnisgewinnung: Die SuS beschreiben ihre Beobachtungen und protokollieren
die erhaltenen Messdaten tabellarisch. Versuchsabläufe und
Erkenntnissewerden vornehmlich inderAlltagssprachedisku-
tiert.Sieerkennenaber,dassdieStromstärkeeinMaßfürdie
proLadungsteilchenübertrageneEnergieist(Aufgabe2).
Kommunikation: InderAlltags-undUmgangssprachewerdenBeobachtungenzu
physikalischen Vorgängen und Zusammenhängen mitgeteilt.
(Aufgabe2)
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Bewertung: Die SuS zeigen die Bedeutung einfacher technischer Zusam-
menhängefürdenAblaufvonAlltagsphänomenenaufundver-
gleichendiesemiteinander.(Aufgabe3)
Aufgabe1: BeiAufgabe1handeltessichumeineAufgabeausdemAnforderungsbereichI.
DabeisollmitdenKenntnissenausdemThemenbereichElektrizitäteineeinfa-
cheSchaltskizzeerstelltwerden.EswirdbekanntesWissenangewendet.
Aufgabe2: InAufgabe2 sollendieMessungendesSchülerversuchsprotokolliertundmit
denBeobachtungenabgeglichenwerden.DieAufgabeistdaherAnforderungs-
bereichIzuzuordnen.DieAufgabenstellungführt jedochbereitszueinerDeu-
tunghin,diemiteigenenWortenformuliertundbeschriebenwerdensoll,um
sieanschließend inderKlassevorzustellen.EinegraphischeAuswertungdient
alsVeranschaulichung.DieseistebenfallsAufgabenbereichIzuzuordnen.
Aufgabe3: Aufgabe3dientvorrangigderErgebnissicherung.SiegehörtzumAufgabenbe-
reich III,dadieSuShierdievorher festgehaltenenMessergebnisseauswerten
und diskutieren sollen und eine Hypothese zur Abhängigkeit zwischen Dreh-
winkel zur Lichtquelle und gemessener Spannung aufstellen sollen.Dies kann
mithilfeeinesJe-desto-SatzeserfolgenundführtimweiterenSinneauchzuei-
nerBewertungvonSolarkraftanlagen.
7.2Erwartungshorizont(Inhaltlich)
Aufgabe1:
UWindrad
Solarzelle
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Aufgabe2:
Drehwinkel gemesseneSpannungU[mV] BewegungdesWindrades
0° 0,279 heftigeBewegung
15° 0,204 Windradbewegtsichsehrschnell
30° 0,142 Windradbewegtsichsehrschnell
45° 0,106 Windradbewegtsichmittelmäßig
schnell
60° 0,079 Windradbewegtsichlangsam
75° 0,047 Windradbewegtsichlangsamund
bleibtzwischenzeitigstehen
90° 0,0 Windradbewegtsichnicht
>90° 0,0 Windradbewegtsichnicht
DieSuS tragen ihreMessergebnisse indieTabelleein.DiesekönnenzumTeil
relativstarkvoneinanderabweichen.EssolltejedochstetsdergleicheTrendzu
erkennensein.
Aufgabe3: Je größer der Drehwinkel der Solarzelle ist, desto geringer ist die gemessene
Spannung(...,destogeringeristdieDrehzahldesangeschlossenenWindrades).
Die SuS stellen fest, dass sich in SolarkraftwerkeneinehöhereEffizienzerrei-
chenlässt,wenndieSolarzellennachderSonneausgerichtetwerdenkönnen.