Physik – Elektrizität – Kurzschluss

Kurzschluss (Demoversuch)

Versuchsvideo (mit Ton)

Übungen

Für Lehrkräfte

Unterrichtsthema	Schutzmaßnahmen im Stromnetz
Klassenstufen	7 bis 8
Wer experimentiert?	Lehrkräfte zur Demonstration
Ziele und Kompetenzen	Die Schülerinnen und Schüler können: Ursachen und Auswirkungen eines Kurzschlusses in einem Stromkreis beschreiben den Aufbau und die Wirkungsweise einer Schmelzsicherung am Modell erklären

Vorausgesetzte Kompetenzen

Schülerinnen und Schüler können:

• Einfache elektrische Stromkreise planen, aufbauen und beschreiben
• die Wärmewirkung des elektrischen Stroms beschreiben
• die physikalische Größen elektrische Spannung und elektrische Stromstärke messen, erklären sowie in Parallel- und Reihenschaltungen berechnen

Materialliste

• Stromversorgungsgerät, 2 bis 12 V/5 A
• Brandschutzunterlage, 35 x 50 cm
• Experimentierkabel, blau, 25 cm
• Experimentierkabel, blau, 50 cm
• Experimentierkabel, rot, 25 cm
• Experimentierkabel, schwarz, 50 cm
• Fassung E 10, auf Sockel
• Glühlampe E10 / 6 V / 0,3 A
• 2 Isolierstäbe
• 2 Tonnenfüße
• 0,5 m Konstantandraht, 0,2 mm Ø

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Hinweise zur Vorbereitung

Alle Geräte müssen für die Demonstration auf dem Versuchstisch bereitgestellt werden. Der Versuchstisch sollte mit einer Sicherheitsscheibe ausgestattet sein. Es sollten Ersatzglühlampen vorrätig sein.

Hinweise zur Durchführung im Unterricht

Die Lehrkraft baut die Versuchsanordnung auf. Bei einer kleineren Lerngruppe können die Schülerinnen und Schüler direkt um den Versuchstisch versammelt werden. Die Schülerinnen und Schüler beobachten den Demonstrationsversuch hinter einer Sicherheitsscheibe am Versuchstisch.

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 der Glühlampe  und des Konstantandrahts (als Sicherung) auf den inszenierten Kurzschluss im Stromkreis durch Überbrücken der Glühlampe mit einem Kabel an. 

Möglicher Versuchsablauf:

• Bauelemente auf dem Tisch vorsortieren (entsprechend der Versuchsskizze)
• Vom Minuspol des Netzgerätes ausgehend den Konstantandraht als Sicherung und die Glühlampe in Reihe zueinander bis zum Pluspol verkabeln und die Schaltung ausprobieren
• Netzgerät ausschalten und die Glühlampe mit einem Kabel überbrücken (kurzschließen)
• Schaltung ausprobieren
• Ergebnisse protokollieren und den Versuch auswerten

Anstelle des Demonstrationsversuchs kann auch das Video den Schülerinnen und Schülern vorgeführt werden.

Hinweise zur Auswertung

Die Ergebnissicherung erfolgt im Anschluss der Demonstration mit der Bearbeitung der editierbaren Protokollvorlage. Dabei wird erkannt, dass ein Kurzschluss entsteht, wenn im Stromkreis kein elektrisches Gerät geschaltet ist und der Strom beispielsweise über eine Überbrückung direkt zum Netzgerät zurückfließt. Dabei werden die Kabel erwärmt. Der dünne Konstantandraht erwärmt sich besonders stark, beginnt zu glühen, brennt durch und unterbricht den Stromkreis.

Downloads

(jeweils editierbare Worddateien)

Weiteres

Mögliche Zusatzaufgabe „Lernplakat zum Kurzschluss erstellen oder ein vorgegebenes Lernplakat interpretieren“: Die Schülerinnen und Schüler erstellen in Einzel- oder Partnerarbeit ein kleines Plakat auf Papier (DIN A4) oder digital mit einer geeigneten App zum Thema „Der Kurzschluss“. Innerhalb der Differenzierung können die Schülerinnen und Schüler ein vorgegebenes Plakat mit ca. 5 bis 7 Sätzen schriftlich oder mündlich interpretieren.

Autor: Dr. Dietmar Karau