Physik – Elektrizität – Spannung und Stromstärke – Cornelsen

Spannung und Stromstärke

Versuchsvideo (mit Ton)

Übungen

Autor: Cornelsen/Inhouse

Für Lehrkräfte

Unterrichtsthema	Stromstärke, Spannung, Widerstand
Klassenstufen	7 bis 9
Wer experimentiert?	Schülerinnen und Schüler im Unterricht in Partner- oder Gruppenarbeit
Ziele und Kompetenzen	Die Schülerinnen und Schüler können Stromstärken und Spannungen bei verschiedenen Drähten messen und tabellarisch notieren.

Vorausgesetzte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler können

elektrische Schaltungen sicher aufbauen
Stromstärken und Spannungen mit einem Vielfachmessgerät messen
proportionale Zusammenhänge in Diagrammen erkennen (Hierzu sind gegebenenfalls Absprachen mit der Mathematiklehrkraft der Klasse sinnvoll)

Materialliste

je Versuchsgruppe:

0,5 m Eisendraht, Durchmesser: 0,2 mm
0,5 m Konstantandraht, Durchmesser: 0,2 mm
Experimentierkabel, blau, 25 cm
Experimentierkabel, rot, 25 cm
Experimentierkabel, rot, 50 cm
Experimentierkabel, schwarz, 50 cm
2 Isolierstäbe
2 Tonnenfüße
2 Mini-Digital-Multimeter
Stromversorgungsgerät 1 bis 6 V / 2,5 A DC

Andere Längen bzw. Durchmesser der Drähte sind auch möglich. Um Vergleichbarkeit zu gewährleisten, sollten alle Drähte die gleiche Länge und den gleichen Durchmesser haben.

Bei Cornelsen Experimenta finden Sie weitere passgenau abgestimmte Experimentiermaterialien – unkompliziert und schnell:
cornelsen-experimenta.de/NuT-hybrid

Hinweise zur Vorbereitung

Der Versuch kann sowohl als Schüler- als auch als Demonstrationsexperiment durchgeführt werden. Damit die Schülerinnen und Schüler das Messen von Stromstärken und Spannungen üben können, bietet sich jedoch das Schülerexperiment an. Die Lehrkraft sollte das Experiment mit den in der Schule vorhandenen Materialien vorab testen. Aufgrund der Menge an benötigten Materialien bietet es sich an, die Materialien übersichtlich auf einem Rolltisch zur Verfügung zu stellen. Gegebenenfalls ist es sinnvoll, den Lernenden Anleitungen zum Messen von Stromstärken und Spannungen zur Verfügung zu stellen, beispielsweise die Methodenvideos „Elektrische Stromstärke messen bzw. „Elektrische Spannung messen. Auch erscheint es sinnvoll, den Lernenden eine Anleitung zum Erkennen von proportionalen Zuordnungen in Diagrammen und dem Finden von mathematischen Zusammenhängen aus dieser Erkenntnis heraus anzubieten.

Hinweise zur Durchführung im Unterricht

In diesem Experiment müssen gleichzeitig immer Stromstärke und Spannung gemessen werden. Es bietet sich der Einfachheit halber an, Werte für die Spannung vorzugeben, die von den Lernenden eingestellt werden müssen. Die Lernenden sollten mit dem Konstantandraht beginnen. Das Experiment mit dem Eisendraht (insbesondere die Auswertung dieses Teilexperiments) stellt höhere Herausforderungen an die Lernenden und kann entsprechend als Tempoaufgabe zur Differenzierung genutzt werden.

Prüfen Sie die Schaltung, bevor die Lernenden mit dem Experiment beginnen dürfen. Weisen Sie die Lernenden explizit darauf hin, dass sie die blanken Drähte nicht berühren sollen.

Hinweise zur Auswertung

Zur Auswertung des Experiments kann die Protokollvorlage genutzt werden. Die Messwerte für die Stromstärke und die Spannung sollten aus Gründen der Übersicht tabellarisch festgehalten werden. Wenn die Werte graphisch in einem U–I-Diagramm dargestellt werden, kann die beim Konstantandraht vorliegende Proportionalität begründet werden. Aus der Formel U = R · I kann anschließend der Widerstand des Konstantandrahts bestimmt werden. Aufgrund der Schwierigkeit vieler Lernender mit Äquivalenzumformungen bietet es sich an, ein Hilfsdreieck zu nutzen.

Einstellung (Netzgerät)	Teilversuch 1: Konstantandraht, Länge: 0,5 m, Durchmesser: 0, 2 mm			Teilversuch 2: Eisendraht, Länge: 0,5 m, Durchmesser: 0, 2 mm
	I (gerundet)	U (gerundet)	R = U/I	I (gerundet)	U (gerundet)	R = U/I
1 V	0,2 A	1,7 V	8,5 Ω	0,6 A	1,3 V	2,2 Ω
2 V	0,4 A	2,9 V	7,2 Ω	1,0 A	2,2 V	2,2 Ω
3 V	0,5 A	3,8 V	7,6 Ω	1,2 A	3,1 V	2,6 Ω
4 V	0,6 A	5,0 V	8,3 Ω	1,3 A	4,3 V	3,3 Ω
5 V	0,8 A	6,2 V	7,8 Ω	1,4 A	5,4 V	3,9 Ω
6 V	0,9 A	7,1 V	7,9 Ω	1,5 A	6,4 V	4,3 Ω

Beim Eisendraht erkennt man im U–I-Diagramm, dass die Größen nicht zueinander proportional sind. Dies kann von den Lernenden begründet werden. Auch bietet es sich an, dass die Lernenden den Verlauf der Messwerte beschreiben. Hier können an die Tafel geschriebene mathematische Fachbegriffe, wie Steigung, steiler und flacher geeignete Unterstützung bieten. Das Finden eines mathematischen Zusammenhangs stellt hier für die Schülerinnen und Schüler eine sehr hohe Hürde dar. Leistungsstärkere Schülerinnen und Schüler können jedoch – je nach mathematischem Vorwissen zu verschiedenen Funktionstypen – eine Vermutung aufstellen.

Zur Förderung der Medienkompetenz kann die Auswertung der Daten auch mit einem Tabellenkalkulationsprogramm erfolgen. Hier können zusätzlich aufgestellte Trendlinien das Finden eines mathematischen Zusammenhangs unterstützen.