Überlastung und Sicherung (Demoversuch)
Versuchsvideo (mit Ton)
Übungen
Autor: Dr. Dietmar Karau Bild: Cornelsen/Inhouse
Für Lehrkräfte
| Unterrichtsthema | Schutzmaßnahmen im Stromnetz |
| Klassenstufen | 7 bis 8 |
| Wer experimentiert? | Lehrkräfte im Unterricht zur Demonstration |
| Ziele und Kompetenzen |
Die Schülerinnen und Schüler können:
|
Vorausgesetzte Kompetenzen
Die Schülerinnen und Schüler
- können einfache elektrische Stromkreise planen und aufbauen
- kennen die physikalischen Größen elektrische Spannung und Stromstärke kennen (Bedeutung, Formelzeichen, Einheiten, Messgerät).
Materialliste
- Stromversorgungsgerät, 2 bis 12 V/5 A
- 4 Tonnenfüße
- 4 Isolierstäbe
- 2 Glühlampen E10 / 6 V / 0,3 A
- Glühlampe E14 / 6 V / 25 W
- 2 Experimentierkabel, schwarz, 25 cm
- 3 Experimentierkabel, rot, 25 cm
- 1 Experimentierkabel, blau, 50 cm
- 3 Experimentierkabel, blau, 25 cm
- Schere
- Lineal
- Lampenfassung e14 auf Sockel
- Fassung E 10, auf Sockel
- ca. 20 cm Konstantandraht, 0,2 mm Ø
- Brandschutzunterlage, 35 x 50 cm
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Hinweise zur Vorbereitung
Alle Geräte müssen für die Demonstration auf dem Versuchstisch bereitgestellt werden. Es müssen Ersatzglühlampen vorrätig sein. Die restlichen Materialien (Arbeitsblätter, Hilfeblätter, Protokollvorlagen) werden nach Bedarf an die Schülerinnen und Schüler verteilt. Es empfiehlt sich, die Konstantandrähte für die „Sicherung“ und den Drahtwiderstand bereits vorzubereiten. Bei der „Sicherung“ muss unbedingt drauf geachtet werden, dass die Länge des eingespannten Drahts 5,5 cm nicht übersteigt. Wie im Video ist es dafür ggf. nötig, die Isolierstäbe in die Ecken der Aussparungen der Tonnenfüße einzuspannen. Der Draht für den Drahtwiderstand soll ca. 15 cm lang sein.
Hinweise zur Durchführung im Unterricht
Stromkreise mit einer Glühlampe sind den Schülerinnen und Schülern bereits bekannt. Als Einstieg für den Demonstrationsversuch bietet sich die Formulierung von Vermutungen hinsichtlich der zu erwartenden Reaktion des Konstantandrahts als Sicherung auf die Erhöhung der Zahl der parallel dazugeschalteten Glühlampen und dem ebenfalls parallel dazugeschalteten Konstantandrahtwiderstand an. Ergänzend kann ein Messgerät zum Messen der Stromstärke in der Zuleitung eingebaut werden. Die Schülerinnen und Schüler beobachten die Helligkeit der Glühlampen und das Verhalten des Konstantandrahts als Sicherung und protokollieren die Ergebnisse.
Möglicher Versuchsablauf:
- Bauelemente auf dem Tisch vorsortieren (entsprechend der Versuchsskizze)
- vom Minuspol des Netzgerätes die Schaltung mit einer Glühlampe bis zum Pluspol verkabeln
- Netzteil einschalten und die Helligkeit der Glühlampe beobachten
- weitere Glühlampen bzw. den Drahtwiderstand nacheinander parallel dazuschalten und die Beobachtungen protokollieren
Falls die Durchführung des Versuchs im Unterricht nicht möglich ist, kann auch das Video vorgeführt oder von Schülerinnen und Schülern auf eigenen Geräten angesehen werden.
Hinweise zur Auswertung
Die Ergebnissicherung erfolgt im Anschluss der Demonstration mit der Bearbeitung der editierbaren Protokollvorlage. Dabei wird erkannt, dass bei Überlastung des Stromkreises durch das Überschreiten der zulässigen Stromstärke die Sicherung auslöst. Mit diesem Versuch ist der Übergang zum folgenden Thema Kurzschluss bereitet.
Downloads
(jeweils editierbare Worddateien)
Weiteres
Versuchsidee „Schmelzsicherungen mit einem Multimeter überprüfen“: Die Schülerinnen und Schüler sollen aus einem Angebot unterschiedlicher Schmelzsicherungen die defekten Sicherungen aussortieren.
- Messgerät auf Ohm oder Ω stellen und einschalten.
- Messspitzen an die Anschlüsse der Sicherung drücken.
- Das Messgerät zeigt einen Wert unter 1 Ω an, wenn die Sicherung in Ordnung ist.
Voraussetzung: Die physikalische Größe elektrischer Widerstand ist bekannt.
Autor: Dr. Dietmar Karau