Arbeitsblatt: Magnetismus-Elektromagnetismus

NATURLEHRE – Physik Magnetismus Elektromagnetismus Name: 8. Schuljahr Naturlehre – Physik Magnetismus Urknall 8 Name, Klasse: Datum: Blatt-Nr.: 7 1 0 8 Himmelsrichtungen 1. Eine Kompassnadel stellt sich immer so ein, dass ihr ordpol nach orden zeigt und ihr Südpol nach Süden. Woran liegt das? Es liegt daran, dass unsere Erde Kanada Grönland Der Nordpol der Kompassnadel wird angezogen vom Der magnetische Südpol der Erde liegt in der Nähe des geografischen Nordpols. Suche in einem Atlas die beiden Pole und trage sie in die Zeichnung ein. 2. Wenn die Sonne scheint, ist es ganz einfach, die Himmelsrichtungen zu erkennen. In der Primarschule hast du bestimmt gelernt: Im Osten geht die Sonne auf – im Süden nimmt sie ihren Lauf – im Westen wird sie untergehn – im orden ist sie nie zu sehn. 3. So kannst du die Himmelsrichtungen auch ohne Kompass erkennen und auch, wenn die Sonne nicht scheint: a) Alte Kirchen haben meist den Turm im Westen und den Altar im Osten. Prüfe das nach! b) Weil bei uns der Regen zumeist aus Westen kommt (Wetterseite), sind Bäume auf der Westseite bemoost oder haben dort Flechten. Polarstern c) Wenn du den Abstand der hinteren Sterne des Grossen Wagens am Nachthimmel etwa fünfmal nach oben verlängerst, triffst du auf einen einzelnen hellen Stern, den Polarstern. Wenn du auf ihn zugehst, gehst du fast genau nach orden. Der Polarstern ist der vorderste Stern der Deichsel des Kleinen Wagens und war früher ein wichtiger Wegweiser für Seefahrer. Na me Klarv ssorla e: ge freigegeben. A ls Kopie Kleiner Wagen Grosser Wagen Urknall 8 Klett und Balmer AG, Zug 2006 Datum: Blatt-Nr.: 251 7 1 0 8 Himmelsrichtungen 1. Eine Kompassnadel stellt sich immer so ein, dass ihr Nordpol nach Norden zeigt und ihr Südpol nach Süden. Woran liegt das? Es liegt daran, dass unsere Erde Kanada Grönland Der Nordpol der Kompassnadel wird angezogen vom Der magnetische Südpol der Erde liegt in der Nähe des geografischen Nordpols. Suche in einem Atlas die beiden Pole und trage sie in die Zeichnung ein. 2. Wenn die Sonne scheint, ist es ganz einfach, die Himmelsrichtungen zu erkennen. In der Primarschule hast du bestimmt gelernt: Im Osten geht die Sonne auf – im Süden nimmt sie ihren Lauf – im Westen wird sie untergehn – im Norden ist sie nie zu sehn. 3. So kannst du die Himmelsrichtungen auch ohne Kompass erkennen und auch, wenn die Sonne nicht scheint: a) Alte Kirchen haben meist den Turm im Westen und den Altar im Osten. Prüfe das nach! b) Weil bei uns der Regen zumeist aus Westen kommt (Wetterseite), sind Bäume auf der Westseite bemoost oder haben dort Flechten. Polarstern c) Wenn du den Abstand der hinteren Sterne des Grossen Wagens am Nachthimmel etwa fünfmal nach oben verlängerst, triffst du auf einen einzelnen hellen Stern, den Polarstern. Wenn du auf ihn zugehst, gehst du fast genau nach Norden. Der Polarstern ist der vorderste Stern der Deichsel des Kleinen Wagens und war früher ein wichtiger Wegweiser für Seefahrer. Kleiner Wagen Grosser Wagen Als Kopiervorlage freigegeben. Klett und Balmer AG, Zug 2006 251 Seite 2 8. Schuljahr Naturlehre – Physik Magnetismus Seite 3 8. Schuljahr Naturlehre – Physik Magnetismus Seite 4 8. Schuljahr Naturlehre – Physik Magnetismus Urknall 8 Name, Klasse: Datum: Blatt-Nr.: 11 0 MagneteName, – selbst hergestellt Klasse: 1. Eisen 7 Urknall 8 Blatt-Nr.: Prüfe mit kleinen Nägelchen, ob ein Eisennagel und ein Stahlnagel magnetisch sind. Stahl ist besonders hartes Eisen. Durchdringende Wirkung a) Wie viele Nägelchen lassen sich daranhängen? Datum: Stahl 1. b) Bestreiche den Eisennagel und den Stahlnagel mehrmals (mindestens 20-mal) von einem Ende zum anderen mit einem starken Stabmagneten. Achte darauf, dass du immer in dieselbe Richtung streichst und dass du immer denselben Pol des Magneten verwendest, also z. B. den Nordpol. Wie viele Nägelchen lassen sich nun daranhängen? a) vor dem Bestreichen Eisennagel: Stahlnagel: Nico behauptet: «Dieses Spiel kann nicht funktionieren. Die Magnetkraft kann nicht durch die Pappe wirken.» b) nach dem Bestreichen Nägelchen Nägelchen denn Ergebnis: 2. Was geschieht, wenn du anstelle der Pappe ein Holzbrettchen über die Klammer legst? 2. Prüfe, ob sich die folgenden Gegenstände magnetisieren lassen. Notiere () für magnetisierbar und (–) für nicht magnetisierbar. 3. Prüfe nun, ob die Magnetkraft durch ein Eisenblech wirkt. Eisenbüroklammer ) dünner Kupferstab ) Papierstreifen Ergebnis: Stricknadel Nähnadel ) 4. Lege die Klammer in ein leeres Becherglas und bringe den Magneten von aussen in die Nähe der Klammer. Versuche die Klammer zu bewegen! Beobachtung? 3. Esther hat einen Schraubenzieher magnetisiert. Welchen Sinn könnte das haben? 5. Fülle das Becherglas mit Wasser. Versuche, den Magneten als Angel zu benutzen. Was stellst du fest? Welcheaus Stoffe die Magnetkraft durchdringen? 4. Reto hat die6.Schere demkann Nähkasten magnetisiert. Die Eltern sind verärgert. arum? Es gibt noch zwei weitere Stoffe, die die Magnetkraft abschirmen, d. h. nicht hindurchlassen. Als Kopiervorlage freigegeben. Balmer und AG, Zug 2006 DasKlett sindund Nickel Kobalt. Seite 5 258 Als Kopiervorlage freigegeben. Klett und Balmer AG, Zug 2006 111 Anna will eine Magnetrennbahn bauen. Die «Autos» (Metallbüroklammern) werden mit einem Magneten unter der Pappe bewegt. Wenn man von der Bahn abkommt, gibt es Strafsekunden. Sieger ist, wer die kürzeste Zeit für eine Runde benötigt. Hat Nico recht? Nägelchen Die Zeichnung zeigt, wie du das prüfen kannst. Führe den Versuch durch und beantworte die Frage. Nägelchen Nico Plastikbüroklammer 7 8. Schuljahr Naturlehre – Physik Magnetismus Der dänische Physiker Hans Christian Oersted entdeckte 1819 zufällig, dass eine Kompassnadel von einem stromdurchflossenen Leiter abgelenkt wird. Er erkannte: Fliesst ein elektrischer Strom durch einen Leiter, so baut sich um ihn ein magnetisches Feld auf. Wird der Leiter zu einer Spule gewickelt, so entsteht ein Elektromagnet mit Nord- und Südpol. Zusammenfassung Wir können das Kraftfeld eines Magneten weder sehen noch hören, schmecken fühlen oder riechen. Dazu fehlt uns „der sechste Sinn. Wir können das Magnetfeld aber sichtbar machen mit Eisenfeilspänen, die selber zu kleinen Magneten werden. Magnetfeldlinien können nur durch Eisen, Nickel oder Kobalt abgeschirmt werden, alle anderen Stoffe werden durchdrungen. Wir unterscheiden folgende Magnettypen: Ein Magnet, den man ausschalten kann Seite 6 Urknall 8 Name, Klasse: Datum: Blatt-Nr.: 7 14 Naturlehre –1 Physik Magnetismus 8. Schuljahr Was dem Elektromagnet Kraft gibt KISAM-Versuch V77 Hänge einen Eisenkern am Kraftmesser über eine Magnetspule (500 Windungen). Der Kern soll etwa einen Zentimeter weit in die Spule eintauchen. a) Mit welcher Kraft zieht der Eisenkern am Kraftmesser bevor der Strom eingeschaltet ist? Anfangskraft F0 Newton b) Miss die Kraft FX, mit welcher der Eisenkern bei verschiedenen Spannungen und Stromstärken am Kraftmesser zieht. c) Bestimme die jeweilige magnetische Anziehungskraft der Spule (Differenz zwischen Anfangskraft und gemessener Kraft). Spannung U (Volt) Stromstärke I (Ampere) Leistung U (Watt) gemessene Kraft FX (Newton) magn. Anziehungskraft FX – F0 (Newton) Starke Elektromagneten erhält man durch: KISAM-Versuch V78 eine Magnetspule mit 1000 Windungen und .Schalte eine Magnetspule mit 500 Windungen hintereinander . in den Stromkreis. Hänge wie im vorangegangenen Versuch je einen Eisenkern in die Spulen und schalte . den Strom ein. Drei Anwendungen a) Was beobachtest du? des Elektromagneten Auf dem Schrottplatz b) Wovon hängt die Stärke eines Elektromagneten ab? Die Magnetschwebebahn Als Kopiervorlage freigegeben. Klett und Balmer AG, Zug 2006 268 Seite 7 8. Schuljahr Naturlehre – Physik Magnetismus Die elektrische Klingel Seite 8 8. Schuljahr Naturlehre – Physik Magnetismus Vergleich Elektromagnet – Dauermagnet Der Elektromotor Urknall 8 Name, Klasse: Datum: Blatt-Nr.: 7 1 1 5 Relais und Elektromotor Arbeitsstromkreis KISAM -Versuch V79 Beschreibe, wie das Relais funktioniert. Der Schalter schliesst den Steuerstrom12 kreis. Die Spule mit dem Eisenkern wird zu einem Anker Kontakt Lampe Der Anker wird durch die 4,5 Schalter der Spule angezogen und Steuerstromkreis bei Berührung des den Arbeitsstromkreis. Die Lampe Wenn der Schalter am Steuerstromkreis wieder geöffnet wird, verliert die Spule mit dem Eisenkern ihre Die Lampe Der Anker der Kontakt wird KISAM -Versuch V80 Beschreibe, wie der Elektromotor funktioniert (vgl. auch die Skizze im Schulbuch auf DS 118). Wozu braucht es einen Polwender? Als Kopiervorlage freigegeben. Klett und Balmer AG, Zug 2006 269 Seite 9 8. Schuljahr Naturlehre – Physik Magnetismus Seite 10 Name, Klasse: 8. Schuljahr Datum: Naturlehre – Physik Urknall 8 Magnetismus 7 Blatt-Nr.: 121 KISAM-Versuch V81 «Von nichts kommt nichts» Michael Faraday erkannte 1831, dass zwischen den Enden eines elektrischen Leiters elektrische Spannung erzeugt wird, wenn der Leiter quer zu den Kraftlinien eines Magneten bewegt wird. Es kommt dabei nicht darauf an, ob der Leiter oder das Magnetfeld bewegt wird: in beiden Fällen wird eine so genannte «Induktionsspannung» erzeugt. 1. Beobachte den Einfluss von Bewegungsenergie, Magnetfeld und Windungszahl der Spule auf die Stärke der induzierten Spannung. Spule mit 500 Windungen langsame Bewegung schnelle Bewegung 1 Magnet A A 2 Magnete A A Spule mit 1000 Windungen langsame Bewegung schnelle Bewegung 1 Magnet A A 2 Magnete A A 2. Wird auch elektrische Spannung erzeugt, wenn der Eisenkern zusammen mit dem Magnet in der Spule hin und her bewegt wird? 3. Notiere deine Schlussfolgerungen aus diesem KISAM-Versuch zur elektromagnetischen Induktion: Als Kopiervorlage freigegeben. Klett und Balmer AG, Zug 2006 286 Seite 11 Klasse: 8.Name, Schuljahr Datum: Naturlehre – Physik Urknall 8Magnetismus 7 Blatt-Nr.: 122 Der Generator 1. Für die Fahrradbeleuchtung liefert ein Dynamo den elektrischen Strom; eine Batterie ist nicht notwendig. Was geschieht am Strommesser im Bild, wenn man das Antriebsrad des Dynamos mit der Hand dreht? Elektrischer Strom entsteht, wenn das Antriebsrad den Dauermagneten im Innern der Spule dreht. Strom, der auf diese Weise erzeugt wird, heisst Induktionsstrom. 2. a) Kennzeichne die einzelnen Teile des schematisch dargestellten Generators mit Farbe: Dauer- oder Elektromagnet: rot/grün Drehspule oder Anker: blau. b) Fülle aus bzw. streiche das Falsche durch: Ein Generator besteht immer aus zwei wesentlichen Teilen: 1. 2. Die Spannung, die ein Generator liefert, wird durch einen in der Spule verstärkt. Verwendet man eine Spule mit hoher Windungszahl und einem starken Magneten, so kann der elektrische Strom nicht nur mit einem Messgerät, sondern auch mit einer nachgewiesen werden. Die Spannung eines Generators ist umso grösser, je stärker/schwächer der Magnet ist, je grösser/ kleiner die Windungszahl der Spulen ist und je schneller/langsamer die Spule im Magnetfeld bewegt wird. Im Generator wird Energie in Energie umgewandelt. Als Kopiervorlage freigegeben. Klett und Balmer AG, Zug 2006 287 Seite 12 8. Schuljahr Naturlehre – Physik Magnetismus Der Fahrraddynamo Seite 13 8. Schuljahr Naturlehre – Physik Magnetismus Zusammenfassung Mind map Seite 14 8. Schuljahr Naturlehre – Physik Magnetismus Volt- und Ampèremeter – unser digitales Messgerät Die Bedienung: Wichtig: Seite 15