Physik – Energieversorgung – Elektrischer Energietransport

Elektrischer Energietransport (Demoversuch)

Versuchsvideo (ohne Ton)

Übungen

Übung 1

Übung 2

Übung 3

Für Lehrkräfte

Unterrichtsthema	Energieversorgung, elektrischer Energietransport
Klassenstufen	8 bis 10
Wer experimentiert?	Lehrkräfte zur Demonstration
Ziele und Kompetenzen	Die Schülerinnen und Schüler beschreiben anhand eines Modellversuchs Unterschiede und Gemeinsamkeiten des elektrischen Energietransport mit und ohne Transformatoren.

Vorausgesetzte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler können:

• einfache elektrische Stromkreise planen und aufbauen
• Mit einem Multimeter elektrische Spannungen messen
• die Auswirkungen eines Transformators auf die physikalischen Größen Spannung und Stromstärke an der Induktionsspule beschreiben

Materialliste

• Stromversorgungsgerät, 2 bis 12 V/5 A
• 2 Spulen mit 400/800/1200 Windungen
• 2 Spulen mit 200/400/600 Windungen
• 2 U-Kerne mit I-Kern und Spannvorrichtung
• Glühlampe E10 / 6 V / 0,3 A
• Fassung E 10, auf Sockel
• 4 Isolierstäbe
• 4 Tonnenfüße
• 2 x 0,5 m Konstantandraht, 0,1 mm Ø
• 3 Experimentierkabel, schwarz, 25 cm
• 2 Experimentierkabel, schwarz, 50 cm
• Experimentierkabel, rot, 25 cm
• Experimentierkabel, rot, 50 cm
• 2 Experimentierkabel, blau, 25 cm
• 2 Experimentierkabel, blau, 50 cm

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Hinweise zur Vorbereitung

Alle Materialien (Geräte, Arbeitsblätter, Hilfeblätter, Protokollvorlagen) müssen für die Demonstration auf dem Versuchstisch bereitgestellt werden. Der Versuch muss vor der Demonstration unbedingt getestet werden.

Die im Video verwendeten Experimentierkabel dürfen bis zu 30 V Wechselspannung belastet werden. Mit den im Video verwendeten Geräten und Einstellungen beträgt die Spannung im Bereich zwischen den Trafos unter 30 V. Sie sollten aber in jedem Fall prüfen, ob das für Ihren Versuchsaufbau auch zutrifft. Andernfalls muss die Spannung am Netzgerät verringert werden.

Wenn genügend Platz im Fachraum zur Verfügung steht, können die 0,5 m langen Konstantandrähte mit 0,1 mm Durchmesser durch 2 m lange Konstantandrähte mit 0,2 mm Durchmesser ersetzt werden. Der langgestreckte Versuchsaufbau macht den Modellversuch noch anschaulicher.

Hinweise zur Durchführung im Unterricht

Als Einstieg für die Demonstration der Teilversuche bietet sich die Formulierung von Vermutungen hinsichtlich der Helligkeit der Glühlampe an. Die Konstantandrähte sollten vor Versuchsbeginn bereits in den Isolierstäben gespannt und auf den Tonnenfüßen befestigt sein. Auch die Transformatoren können vorab bereits zusammengebaut sein. Die Schülerinnen und Schüler lesen für alle Versuchsteile die Messwerte für die Spannung und die Stromstärke ab, beobachten die Helligkeit der Lampe und protokollieren die Werte und Beobachtungen. Zur Dokumentation des Versuchs kann die editierbare Protokollvorlage genutzt werden, die bereits als Hilfestellung vorgefertigte Satzteile enthält.

Achtung: Im Versuchsteil mit den Transformatoren werden an den Konstantandrähten Spannungen über 25 V erreicht. Die stromführenden Teile des Versuchsaufbaus dürfen während des gesamten Versuchs nicht berührt werden. Stellen Sie sicher, dass auch die Schülerinnen und Schüler während des Demonstrationsversuchs genügend Abstand halten.

Hinweise zur Auswertung

	Spannung U in V	Stromstärke I in A	Helligkeit der Lampe
Teilversuch 1	6	0,3	groß
Teilversuch 1	0,6	0,1	sehr gering
Teilversuch 3	3,8	0,2	mittel

Die Ergebnissicherung erfolgt im Anschluss der Demonstration mit der Bearbeitung der editierbaren Protokollvorlage. Dabei wird durch Vergleich der Helligkeiten der Lampe erkannt, dass der elektrische Energietransport mit höherer Spannung und geringerer Stromstärke durch den Einsatz von Transformatoren effizienter ist und einen höheren Wirkungsgrad hat.

Downloads

(jeweils editierbare Worddateien)

Autor: Dr. Dietmar Karau