Physik – Energieversorgung – Spannung erzeugen – mit Spule und Magnet

Spannung erzeugen – mit Spule und Magnet

Übungen

Übung 1

Übung 2

Für Lehrkräfte

Unterrichtsthema	Induktion
Klassenstufen	8 bis 10
Wer experimentiert?	Schülerinnen und Schüler im Unterricht in Partner- oder Gruppenarbeit
Ziele und Kompetenzen	Die Schülerinnen und Schüler können experimentell die Bedingungen für die Induktion einer möglichst hohen elektrischen Wechselspannung in einer Spule erforschen.

Vorausgesetzte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler können

• magnetische Felder mithilfe von Feldlinien darstellen.
• das Formelzeichen und die Einheit der physikalischen Größe „elektrische Spannung“ nennen sowie beschreiben, was die elektrische Spannung angibt.

Materialliste

je Versuchsgruppe:

• Schüler-Galvanometer, DC
• Universal-Rundmuffe, dreifach
• 2 Stativstäbe, 100 mm, 10 mm Durchmesser
• Rundstabmagnet, 100 mm, AlNiCo
• Experimentierkabel, rot, 25 cm
• Experimentierkabel, schwarz, 25 cm
• Spule mit 600 Windungen

Das verwendete Messegerät hat den Zeigernullpunkt in der Mitte der Skala und zeigt Spannungen im Millivoltbereich an.

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Hinweise zur Vorbereitung

Alle Materialien (Geräte, Arbeitsblätter, Hilfeblätter, Protokollvorlagen) müssen für jede Versuchsgruppe bereitgestellt werden, zum Beispiel in Körben, auf Tabletts oder in Schalen.

Hinweise zur Durchführung im Unterricht

In leistungsstarken Lernguppen können die Schülerinnen und Schüler möglichst selbstständig experimentieren, um Möglichkeiten für hohe Induktionsspannungen zu erforschen. Alternativ können die konkreten Bewegungen für den Dauermagneten explizit vorgegeben und abgearbeitet werden. So fördert dieser Versuch das systematische Vorgehen und selbständige Forschen beim Experimentieren.

Möglicher Versuchsablauf:

• Bauelemente auf dem Tisch vorsortieren (entsprechend der Versuchsskizze)
• Galvanometer mit der Spule verkabeln
• Schaltung durch die Lehrkraft kontrollieren lassen und in Betrieb nehmen
• Unterschiedliche Bewegungen des Dauermagneten realisieren und beobachten
• Ergebnisse (ggf. unter Verwendung der editierbaren Protokollvorlage) protokollieren und den Versuch auswerten

Entsprechend dem Niveau der Schülerinnen und Schüler kann das Video auch als Hilfe für den Versuch eingesetzt werden oder abschließend als Zusammenfassung zu diesem Versuch gezeigt werden. 

Hinweise zur Auswertung

Die Ergebnissicherung erfolgt im Anschluss der Versuche mit der Bearbeitung des editierbaren Arbeitsblatts. Dabei wird anhand der Beobachtungen erkannt, durch welche Bewegungen

1. überhaupt eine Spannung und
2. eine möglichst hohe Spannung

in der Spule durch den Dauermagneten induziert wird. Innerhalb der Auswertung sollte auf die Ursache der Induktion abgehoben werden, nämlich dem sich ändernden magnetische Feld, das die Spule umfasst. Als Erklärung der elektromagnetischen Induktion, kann die Verschiebung der Elektronen in der Spule durch das magnetische Feld erläutert werden. 

Downloads

(jeweils editierbare Worddateien)

Weiteres

Erweiterung „Analyse elektromagnetischer Taschenlampen“: Die Schülerinnen und Schüler zerlegen eine Dynamotaschenlampe und untersuchen die Einzelteile. Sie benennen die Teile, beschreiben deren Funktion und erforschen ausgehend von den Erkenntnissen des vorliegenden Versuchs, wie mit der Taschenlampe eine möglichst hohe Spannung (sichtbar an der Helligkeit der LED-Lampe) erzeugt werden kann.

Zur Differenzierung für leistungsschwächere Schülerinnen und Schüler kann mit der elektromagnetischen “Schüttellampe” gearbeitet werden. Hier sind die Teile sehr gut von außen erkennbar.

Autor: Dr. Dietmar Karau