Arbeitsblatt: Elektrizität

ELEKTRIZIT ÄT 1 2 Lernziele Elektrizität Du kannst erklären warum sich Gegenstände aufladen und was dabei geschieht. Du weisst welche Ladung bei einem Elektronenmangel bzw. Elektronenüberschuss auftritt. Die Begriffe „Atom, „Elektron, „positive und negative Ladung, „plus und minus wende ich richtig an. Du kannst elektrischen Strom beschreiben und den Vergleich zu strömendem Wasser herstellen und erklären. Du kannst einfache und verzweigte Stromkreise aufbauen, untersuchen, benennen, erklären und schematisch darstellen. Du kannst verzweigte Stromkreise als Serie- und Parallelschaltung aufbauen, ausprobieren und kennst Beispiele aus dem Alltag. (Du kannst den elektrischen Antrieb erklären.) Du kannst einfache Schaltschemas lesen und umsetzen. Du kannst Sicherheitsmassnahmen im Umgang mit Strom. Du weisst, dass Experimentieren mit unserem Stromnetz (230 V) lebensgefährlich ist. 3 Elektrischer Strom lässt Radios spielen und Glühbirnen leuchten; er treibt Küchenmaschinen und Lokomotiven an. Durch ein Kabel fliesst Strom – das sind unsichtbare Teilchen. Diese Teilchen nennen wir Elektronen. Die Elektronen bewegen sich also in einem Kabel, so wie Wasser durch einen Schlauch fliesst. Durch die Bewegung übertragen die Teilchen Energie. Diese erscheint dann in Form von Licht, Wärme, Bewegung oder Schall. Die Elektronen bewirken, dass die Lampe leuchtet, der Backofen heiss wird, die Räder des Zuges sich drehen oder aus dem Radio Musik ertönt. Das alles ist schon ein Wunder. Und noch erstaunlicher ist, erst seit wenig mehr als einhundert Jahren können wir Elektrizität so richtig nutzen. Davor gab es all diese Dinge nicht, die dir heute so vertraut und selbstverständlich sind. Was für Dinge könnten das sein? Beantworte folgende Fragen aus dem Textfeld: Wann kann man Elektrizität sehen und wie sieht sie aus? Wie wurde Elektrizität entdeckt? Welche Bedeutung hat Elektrizität für den Menschen? Erstelle ein Portrait, bei dem es um diese vier Themen geht. Ergänze deine Darstellung mit Bildern und stelle deine Arbeit deinen Mitschülerinnen und Mitschülern vor. Quellen: klexikon.zum.de: Elektrizität helles-koepfchen.de: Björn Pawlak; Das Geheimnis der Elektrizität planet-wissen.de: Andrea Schultens; Elektrizität youtube.com: EVI Kids; Was ist eigentlich Energie? youtube.com: Woozle-Goozle; Warum ist elektrischer Strom so wichtig? 4 Elektrizität Strom Was haben alle diese Ströme gemeinsam? Erkläre elektrischen Strom in einem Satz. 5 Elektrizität Begriffe information Atome Ein wichtiger Begriff ist das „Atom. Lies untenstehender Text aufmerksam durch. Alle Materie – jeder Gegenstand, jedes Lebewesen, jede Flüssigkeit, einfach alles auf der Erde – besteht aus Atomen. Atome sind unvorstellbar winzige Bausteine. Man muss 10 Millionen davon nebeneinanderlegen, um einen Millimeter zu bekommen. Wenn ich die Atome als „Bausteine bezeichne, darfst du dabei nicht an Bauklötze denken, mit denen Kinder spielen. Atome bestehen aus beweglichen Teilen: einem Kern und den Elektronen, die um den Kern herumkreisen wie die Planeten um die Sonne. Wenn wir uns das Atom ganz gross vorstellen, so ist da ein kugeliger Kern. Um diesen Kern sausen die Elektronen herum. Die Elektronen sind negativ geladen. Ungleiche Ladungen ziehen sich an. Der positive Atomkern zieht die negativen Elektronen an. Auf diese Weise wird das Atom zusammengehalten. Atome sind nicht elektrisch geladen, sie sind neutral. Skizziere ein Atom und schreibe die wichtigsten Wörter neben die Zeichnung. Male die Protonen rot aus, die Elektronen grün. Welche Ladung haben die Elektronen? Schreibe sie an. 6 Elektron Ein Elektron ist das kleinste Teilchen. Es ist negativ geladen und befindet sich in einem Atom, dem kleinsten Baustein eines Körpers. Mit elektrischem Strom beschäftigten sich bereits die Gelehrten im alten Griechenland. Thales von Milet (625-547 v. Chr.) etwa, beschrieb Versuche mit Bernstein (versteinertes Harz). In vornehmen antiken Haushalten diente ein grösserer Bernstein als Kleiderbürste. Durch das Reiben am Stoff lädt er sich auf und zieht die Staubteilchen an sich. Thales beschrieb dieses Phänomen, konnte es aber nicht erklären. Das altgriechische Wort für Bernstein ist „elektron. Seine ursprüngliche Bedeutung wird mit „hell, glänzend, strahlend übersetzt. Später wird der Bernstein dann zum Namensgeber des Elementarteilchens Elektron und der Elektrizität. Elektrischer Abb. 1 Bernstein Strom Unter einem „Strom versteht man normalerweise einen grossen Fluss. Dass man das Wort „Strom auch für Elektrizität benutzt, ist eine Eselsbrücke. Der „Wasserstrom besteht aus unendlich vielen Wasser-tropfen. Auch der elektrische Storm besteht aus unzähligen winzigen Teilchen, die man Elektronen nennt. Diese wandern durch die elektrischen Kabel oder Leitungen. Man sagt auch, der Strom fliesst. Der elektrische Strom ist also bewegte Ladung. Dass sich diese Teilchen bewegen können, braucht es Kräfte die darauf wirken. 7 Wie in einem Wasserkreislauf, so fliesst der Strom auch im Elektrokabel immer in eine Richtung. Das Wasser sucht sich den einfachsten Weg durch ein abfallendes Gelände, der Strom wandert vom Minus- zum Pluspol. Elektrische Ladung Elektrischer Strom kann nur dann fliessen, wenn Elektronen „übrig sind. Der Minuspol ist negativ geladen, weil sich dort ein Elektronenüberschuss befindet (Elektronen sind die negativ geladenen Teilchen, die um den Atomkern herumkreisen). Die Stromgeschwindigkeit wird in Ampere angegeben. Elektrische Spannung Die Elektrische Spannung gibt den Unterschied der elektrischen Ladung zwischen zwei Punkten an (z.B. die Spannung einer Batterie beträgt 4.5 V). Die Elektrische Spannung wird in Volt angegeben. Je höher die Spannung ist, desto grösser die Gefahr. Elektrische Leiter Im Metall können sich einige Elektronen frei bewegen. Ihre Bewegung gleicht einem Durcheinander. Ein Metalldraht besteht aus vielen Atomen, die jeweils eines ihrer Elektronen abgeben. Schliesst man den Leiter an eine Batterie an, so wandern die (negativ geladenen) Elektronen vom Minuspol zum Pluspol. Metallatome haben die Eigenschaft Elektronen an benachbarte Metallatome weiterzugeben (leitfähig). Metall leitet also den Strom. Kupfer ist einer der besten und billigsten Leiter, weshalb er häufig für Stromleitungen gebraucht wird. Stoffe, die Strom nicht leiten, nennt man Isolatoren. Knistern und kleine Blitze Versuch 8 Geht das mit rechten Dingen zu? Mache folgende kleinen Experimente und schreibe nach jedem Versuch auf, was geschehen ist. 1. Reibe einen aufgeblasenen Luftballon kräftig mit einem Kleidungsstück aus Wolle. Halte den Ballon an die Wand, was passiert? 2. Reibe einen aufgeblasenen Luftballon kräftig mit einem Kleidungsstück aus Wolle. Halte den Ballon über ein paar Papierschnitzel. Was passiert? 3. Befestige zwei Ballone an den Enden eines Fadens. Halte den Faden in der Mitte fest und lass die Ballone baumeln. Was geschieht? 4. Wiederhole den Versuch, reibe vorher die Ballone mit dem wollenen Kleidungsstück. Was beobachtest du? 5. Reibe den Löffel eines Kunststoffsalatbestecks kräftig mit einem Wolllappen und halte den geriebenen Teil in die Nähe eines feinen Wasserstrahls. Was passiert? Hast du eine Idee, warum diese Dinge passieren? Wenn ja, schreibe sie auf! 9 Elektrische Ladung – Plus und Minus information Hier ist Elektrizität im Spiel Durch das Reiben mit einem Wolltuch erhält ein Ballon die Fähigkeit, Gegenstände anzuziehen, zum Beispiel kleine Papierschnitzel: Er ist elektrisch geladen. Gegenstände aus Plastik lassen sich gut elektrisch aufladen. Als Reibgegenstand eignen sich Wolle, Seide oder ein Stück Fell. Das Knistern, die Blitze und der elektrische Schlag sind Entladungen. Dadurch werden Ladungsunterschiede zwischen den Gegenständen ausgeglichen – elektrisches Gleichgewicht wird wieder hergestellt. Geladene Körper Versuch Bevor du mit dem Versuchen beginnst, streiche mit der Hand mehrmals über das Kunststofffolienstück und zieht den Glasstab durch die Hand. Das wird gemacht um sicher zu gehen, dass Folie und Stab entladen sind. 1. Streu Seidenpapierschnitzel auf die Tischplatte. Berühr sie mit dem Folienstück, und mit dem Stab. Material Kunststofffolie Stab Reibzeug Seidenpapierschnitzel Was stellst du fest? 10 information Durch das Reiben wird die Oberfläche der Körper verändert; die Körper werden aufgeladen, sie speichern auf ihrer Oberfläche elektrische Ladung. Beim Reiben gehen negativ geladene Teilchen entweder vom Stab ans Reibzeug oder umgekehrt, er wird geladen. 2. Experimentiere mit folgenden Gegenständen und beobachte ihr Zusammenspiel. Stossen sie sich ab oder ziehen sie sich an? 1. Teste die Gegenstände, wenn sie nicht geladen sind. 2. Teste die Gegenstände, wenn sie geladen sind. Reibe mit einem Wolltuch am Gegenstand. Notiere deine Entdeckungen. Material Stab Trinkhalm Papier Glasstäbchen Metall Alufolie Wolle 1. 2. information Positiv geladen bedeutet Elektronenmangel Negativ geladen bedeutet Elektronenüberschuss. Zwei gleich geladene Gegenstände stossen einander ab. Ein positiver und ein negativ geladener Gegenstand ziehen sich an 11 Experimentierregeln information Experimentieren mit unserem Stromnetz (230 Volt) und elektrischen Geräten ist lebensgefährlich. Darum beachte: Du darfst nur Batterien oder Stromversorgungsgeräte bis 24 Volt benutzen Elektrisches Spielzeug darf höchstens mit 24 Volt betrieben werden Elektrogeräte darfst du nie mit nassen Händen berühren Geräte mit defekten Zuleitungen (Isolatoren) darfst du nicht anschliessen, sie müssen von einer Fachperson repariert werden. Spiel nicht mit Steckdosen!!!! Steck keine Gegenstände hinein! 12 Stromkreis Ein einfacher Stromkreis besteht aus. einer Spannungsquelle (Batterie, Strom aus der Steckdose) einem Stromleiter, das sind eine Zuleitung oder Rückleitung (Draht, Stromkabel) einem Stromumwandler (Lampe, Radio, Fernseher .) In einer Batterie fliesst der Strom durch die Leitungsdrähte und das Lämpchen vom Minuspol zum Pluspol der Batterie. Elektrischer Strom fliesst nur in einem geschlossenen Stromkreis. Das heisst: Spannungsquelle, Stromumwandler und Stromleiter müssen mit einander verbunden sein. Ein Schalter kann den Stromkreis unterbrechen. Elektrische Leiter sind zum Beispiel Metalle. Glas, Gummi, Holz, Kunststoff und Porzellan können Strom nicht leiten, Materialien die Strom nicht leiten, heissen Isolatoren. Aus welchen Bauteilen besteht ein Stromkreis? Zeichne 13 1. Versuche das Lämpchen zum Leuchten zu bringen. Baue einen Stromkreis aus Batterie, zwei Kabeln und Glühlame. Zeichne den Stromkreis, den du gebaut hast, mit folgenden Zeichen ab. Beschrifte auch deinen Stromkreis. Leitung (Kabel) Stromverbraucher (Lämpchen) Stromquelle (Batterie) Schalter 14 15 16 2. Versuche jetzt zwei Lämpchen zum Leuchten zu bringen. Zeichne auch hier den Stromkreis, den du gebaut hast und beschrifte ihn. Findest du noch eine andere Möglichkeit die zwei Lämpchen zum Leuchten zu bringen? Zeichne einen Stromkreis mit den Symbolen und Schemen, die du im erforsche beim Bau des Elektrolabors kennen gelernt hast. Vergleiche diese mit dem Wassermodell bei den Links unten und zeichne zum Schema ein entsprechendes Wassermodell. Quellen: zdf.de/kinder/loewenzahn: Strom (ab 12Min. 35sec.) Youtube: Physik simpleclub; Das Wassermodell der E-Lehre erklärt www.swm.de: VWEW Energieverlag GmbH; Woraus besteht ein elektrischer Stromkreis? 17 Repetition entsteht, wenn winzig kleine elektrisch geladene Teilchen in Bewegung gesetzt werden (in gleicher Richtung) und gegeneinanderstossen. Dabei setzen sie frei. Der muss geschlossen sein, damit etwas passiert. 18 Leiter Versuch Elektrischer Strom entsteht dann, wenn sich die Elektronen in eine bestimmt Richtung bewegen. Damit der Strom fliessen kann, benötigt er einen „Leiter. Du kannst dir das vorstellen, wie Wasser, das durch einen Schlauch von einem Ort zum anderen fliesst. So ähnlich ist es mit dem elektrischen Strom. Er fliesst natürlich nicht im Schlauch, sondern zum Beispiel in Metalldrähten. Trockene Luft kann Elektronen nicht weiterleiten, ebenso eine Reihe anderer Materialien. Du kannst testen, welches Material den Strom leitet und welches nicht. Material: Flachbatterie Glühbirnchen 3 Leitungsdrähte verschiedene Gegenstände An zwei Drähten befestigst du an einem Ende je eine Krokodilklemme. Dazwischen klemmst du deine Gegenstände. In der Skizze hast du einen Eisennagel in den Stromkreis eingebaut. Ist der Eisennagel ein Leiter, dann geht der Strom durch ihn hindurch und das Lämpchen brennt. Leitet er nicht, dann brennt auch das Lämpchen nicht. Probiere alles Mögliche in deiner Umgebung aus. Einige Beispiele sind in der Tabelle bereits aufgeführt. Fülle die Tabelle aus und ergänze. Material Eisennagel Radiergummi Filzstift Holzlineal Glas Leiter Nichtleiter 19 Serien- und Parallelschaltung information Man kann Lampen in Serie oder parallel schalten. In einer Serien-/ oder Reihenschaltung sind alle Lampen im gleichen Stromkreis nacheinander an der Spannungsquelle angeschlossen. Schraubt man eine Lampe aus oder ist eine defekt, so funktionieren die anderen auch nicht mehr der Stromkreis ist unterbrochen. Mit jeder zusätzlichen Lampe wird die Leuchtkraft aller Lampen kleiner, da die Spannung aufgeteilt wird. In einer Parallelschaltung besteht für jede Lampe ein eigener Stromkreis. Baut man eine Lampe aus, so leuchten die anderen weiter. Die Lampen leuchten normal hell, unabhängig davon, wie viele Lampen angeschlossen sind. Mit jeder zusätzlichen Lampe fliesst aber mehr Strom. Schaltet man zu viele Lampen parallel, so wird der Stromkreis überlastet und die Sicherung brennt durch. Baue beide Stromkreise nach und versuche diese Fragen zu beantworten: a) Welchen Unterschied kannst du bei der Helligkeit der Glühlampen feststellen? 20 b) Was geschieht wenn du bei der Serienschaltung eine Lampe herausdrehst? Warum passiert das? c) Was geschieht, wenn du bei der Parallelschaltung eine Lampe herausdrehst? Warum passiert das? 21 22 23 24 25 26 27 Zusatz 28