Arbeitsblatt: Skript zu Magnetismus und Elektrizitätslehre

MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 SEITE 1 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 2 MAGNETISMUS 1. STAB- UND HUFEISENMAGNETE: Die heutigen Magnete bestehen aus Eisen oder Stahl. Sie haben vor allem zwei verschiedene Formen. Die geraden Stäbe nennt man Stabmagnete, die hufeisenförmigen Magnete nennt man Hufeisenmagnete. Sie werden bei Nichtgebrauch mit einem Metallstück geschützt, da sie sonst ihre magnetische Kraft verlieren. Stabmagnet Hufeisenmagnet Aufgaben: 1.1. Wozu brauchst du im täglichen Leben Magnete? 1.2. Wodurch könnten diese Magnete allenfalls ersetzt werden? 1.3. Wo funktionieren Magnete und wo nicht? 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 3 2. MAGNETISCHE POLE: Aufgaben: 2.1. Binde einen Stabmagneten an eine Schnur und lasse ihn frei hängen. BEOBACHTUNG: AUSWERTUNG: 2.2. Nimm zwei Stabmagnete und halte sie so zusammen, dass a) die beiden gleichen Pole, b) die verschiedenen Pole nebeneinander sind BEOBACHTUNG: 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE AUSWERTUNG: Magnetschwebebahn Transrapid 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 SEITE 4 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 5 2.3. Wie funktioniert eine Magnetschwebebahn? 2.4. Mache mit Hilfe eines Magneten an dessen Nordpol eine Kette aus 5 Unterlagsscheiben. a) Füge nun einen zweiten Stabmagneten mit dessen Südpol an den Nordpol des ersten. b) Wiederhole den Versuch, füge jetzt aber die beiden Nordpole zusammen. Zeichne deine Beobachtung auf: 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 6 3. FELDLINIEN: Aufgaben: 3.1. Gib Eisenspäne auf eine Klarsichtfolie und fahre unter der Folie sorgfältig mit dem Stabmagneten herum. Zeichne. AUSWERTUNG: 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 7 4. DER KOMPASS: Die Erde ist wie ein riesenhafter Magnet mit einem Nord- und einem Südpol. Diese magnetischen Pole stimmen nicht ganz mit den geografischen überein. Der magnetische Nordpol liegt in Kanada, etwa 1670 km vom geografischen entfernt. Erst die Erfindung des Kompasses machte es Kolumbus 1492 möglich, mit den Segelschiffen auf den offenen Atlantik hinaus zu fahren. 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 8 ELEKTRIZITÄTSLEHRE 1. WARNUNG: Der Umgang mit Elektrizität kann lebensgefährlich sein. Merke dir: Nur bei ausgeschalteten Sicherungen arbeiten Nie einen angeschlossenen Apparat öffnen Nie einen angeschlossenen Apparat mit Wasser reinigen Nie in Bad oder Dusche mit Strom Musik hören Nie in der Badewanne Haare trocknen Nie einen Gegenstand in eine Steckdose halten 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE 2. SCHALTSYMBOLE: Batterie Stromquelle Schalter offen Schalter geschlossen Umschalter Sicherung Lampe Kreuzung ohne Verzweigung Kreuzung mit Verzweigung 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 SEITE 9 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 10 3. DAS SCHALTSCHEMA: (S.207) Aufgaben: 3.1. Nimm eine Batterie, drei Kabel, einen Schalter, eine Lampenfassung und ein Lampchen. Schliesse alles so zusammen, dass du das Lämpchen mit dem Schalter ein- und ausschalten kannst. Zeichne deine Lösung auf. LÖSUNG: Die Lösung kann auch mit einer schematischen Zeichnung dargestellt werden, die den vereinfachten Aufbau einer elektrischen Anlage zeigt. Man nennt eine solche Zeichnung ein Schaltschema. 1. Batterie 2. Schalter 3. Lampe 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 11 4. DER STROMKREIS: (S.204) Elektrischer Strom fliesst nur, wenn der Stromkreis geschlossen ist. Stromkreis Stromkreis Lämpchen Lämpchen 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 12 5. DER GOLDENE DRAHT: Aufgaben: 5.1. Stellt in der Gruppe ein solches Spiel her. Ihr benötigst: eine Holzplatte, ein Stück dicken Draht, eine Lampenfassung mit Lämpchen, eine Batterie und einen dünnen Draht. Macht eine Zeichnung und überlegt, nach welchem Prinzip das Spiel funktioniert.? LÖSUNG: Zeichnung: 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 13 6. DAS ELEKTRISCHE FRAGE- UND ANTWORTSPIEL Aufgaben: 6.1. Nehmt ein Stück dicken Karton und stellt nach der Bastelanleitung eine Spielseite her. Schreibt auf, wie das Spiel funktioniert.? LÖSUNG: 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 14 7. DER MORSETELEGRAPH Aufgaben: 7.1. Studiert die folgende Zeichnung und baut einen Morsetelegraphen zusammen.? 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 15 8. DIE GLÜHLAMPE: (S.205) Aufgaben: 8.1. Nimm eine Batterie und ein Lämpchen. Prüfe, wie du das Lämpchen halten musst, damit es brennt. Denk daran, dass du einen geschlossenen Stromkreis haben musst. Zeichne die Lösung auf. LÖSUNG: 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 16 Bei der Glühlampe wird der Stromkreis von der Lampenfassung über das Gewinde der Lampe und dann über den Fusskontakt wieder zur Fassung geschlossen. 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 17 9. STROMKREIS BEI DER STABTASCHENLAMPE: (S.206) Legende: 1. 2. 3. 4. 5. Schalter Batterien Feder Lämpchen Kontaktplättchen Funktion der Stabtaschenlampe: 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 18 10. STROMKREIS BEI DER FLACHTASCHENLAMPE: Aufgaben: 10.1. Betrachtet eine Flachtaschenlampe genau. Untersucht, wie sie funktioniert stellt dann eine Zeichnung her und beschreibt ihre Funktion mit einem Text. Funktion der Flachtaschenlampe: 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 19 11. DER STROMKREIS BEI DER ELEKTROLOKOMOTIVE Der Stromabnehmer der Lokomotive schleift am Oberleitungsdraht. Er leitet dann den Strom zu den Elektromotoren der Lokomotive. Der Stromkreis wird über die Geleise geschlossen. Da die Züge mit einer hohen Spannung fahren, kann man auch elektrisiert werden, wenn man der Leitung zu nahe kommt, ohne sie richtig zu berühren. Mit einem Funken kann die Ladung springen. Dies hat schon zu vielen Todesfällen geführt. 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 20 12. DIE SERIESCHALTUNG: (S.207) Aufgaben: 12.1. Nehmt drei Lampenfassungen mit Lämpchen, eine Batterie und vier Kabel. Verbindet die Batterie zuerst nur mit einem Lämpchen, dann mit zwei und schliesslich mit allen Lämpchen. Was beobachtet ihr? Stromkreis mit drei Lämpchen BEOBACHTUNGEN: 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 21 12.2. Was passiert, wenn wir nicht die Lämpchen, sondern die Batterien in Serie hinter einander schalten? b) Was passiert dann wohl, wenn eine der drei Batterien leer ist? SCHALTSCHEMA: LÖSUNG: b) 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 22 13. DIE PARALLELSCHALTUNG: (S.207) Aufgaben: 13.1. Schliesse drei Lämpchen und eine Batterie nach folgendem Schema zusammen. )Was passiert? ) Was passiert, wenn ein Lämpchen ausfällt? a) b) 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 23 Schalten wir zwei Batterien parallel, brennen die Lampen gleich stark wie vorher, dafür deutlich länger. Fällt eine Batterie aus, brennt die Lampe trotzdem weiter, weil ein Stromkreis immer noch geschlossen ist. SERIE UND PARALLELSCHALTUNG: In vielen Geräten werden die Batterien sowohl in Serie als auch parallel geschaltet. Man erreicht dadurch eine erhöhte Spannung sowie eine längere Funktionsdauer des Gerätes. Vorteil: Nachteil: 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 24 14. SCHALTERARTEN: UND-SCHALTER • Aufgabe: Baut eine Schaltung nach folgendem Schema. S1 stellt den Zündungsschlüssel eines Autos, S2 die Bedienungstaste für die Hupe, die Hupe dar. Erkläre. Füllt die Tabelle aus: Legende: Schalter: Hupe: 0 offen, 1 zu 0 hupt nicht, 1 hupt Schalter 1 Schalter 2 0 0 0 1 1 0 1 1 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 Hupe MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 25 ERKLÄRUNG: Diese Schaltung findet auch bei gefährlichen Geräten Anwendung, die eine erhöhte Sicherheit verlangen. Der zweite Schalter ist dann ein Sicherheitsschalter. Beispiel: Griffschalter bei Rasenmäher oder Heckenschere. ODER-SCHALTER: • Aufgabe: Die Innenbeleuchtung eines Autos brennt, wenn entweder die linke (S 1) oder die rechte (S 2) oder beide Türen geöffnet sind. Baut die Oder-Schaltung nach folgendem Schema auf und erklärt sie. S1 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 S2 Lampe MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 26 UMSCHALTER • Aufgabe: In einem Hausflur befindet sich eine Lampe. Diese lässt sich von zwei Schaltern aus bedienen. 1 und 2. S1 ERKLÄRUNG: 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 S2 Lampe MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 27 15. DAS NETZGERÄT: Wir verwenden in der Schule nie Strom direkt von der Leitung. Wir verwenden Batterien oder eben Netzgeräte. Wir können so den Strom genau so steuern, wie wir es wollen und gehen keine Risiken ein. 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 28 16. STROM ERZEUGT WÄRME UND LICHT: (S.218) Aufgaben: 16.1. Klemmt zwischen zwei Drähte, die mit einer Stromquelle verbunden sind, ein Stück Draht der Eisenwolle. Zeichnet das passende Schaltschema und schreibt die Beobachtungen auf.? SCHEMA: BEOBACHTUNG: 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 29 Durchfliesst Strom einen Draht, wird dieser warm: Strom erzeugt Wärme. Diese Eigenschaft nutzen wir mit verschiedenen Wärmequellen: Bügeleisen Kochplatten Boiler Haartrockner Glühlampen enthalten einen gewendelten Wolframdraht. Bei sehr hohen Temperaturen glüht er weiss: Er gibt helles Licht. 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 30 17. DER ELEKTROMAGNET: (S222) Aufgaben: 17.1. Nehmt einen Nagel. Umwickelt ihn mit einem Draht, dessen eines Ende zu einer Batterie, das andere zu einem Schalter führt. Verbinde den Schalter mit der Batterie. Schliesst den Stromkreis und beobachtet, was passiert, wenn ihr den Nagel in eine Schale mit Eisenpulver hält.Wozu brauchst du im täglichen Leben Magnete? SCHEMA: BEOBACHTUNG: FOLGERUNGEN 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 SEITE 31 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 SEITE 32 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 33 18. DIE ELEKTRISCHE KLINGEL: (S 224) Betrachtet die folgende Zeichnung genau und erklärt, wie eine Klingel funktioniert. ERKLÄRUNG: 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 34 19. DER ELEKTROMOTOR: (S226) In einem unbeweglichen Teil, dem Stator befindet sich ein drehbarer Teil, der Rotor. Schaltet man den Strom ein, wird in der Rotorspule ein Magnetfeld erzeugt. Der ebenfalls magnetische Stator versetzt den Rotor durch anziehen verschiedener Pole und abstossen gleicher Pole in eine Drehbewegung. 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 35 20. SICHERUNGEN IM STROMKREIS: (S.232) Schaltzeichen Schmelzsicherungen: Die Schmelzsicherung enthält einen dünnen Draht, der nur die angegebene Menge Strom durchfliessen lässt. Fliesst mehr Strom, schmilzt der Draht und unterbricht so den Stromkreis. Feinsicherung: Sie sind oft in elektrischen Geräten eingebaut und schützen das Gerät vor Zerstörung. Auch hier wird der feine Draht geschmolzen und so der Stromkreis unterbrochen. 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 36 Sicherungsschalter Heute werden anstelle der Schmelzsicherungen Schutzschalter eingebaut. Diese schalten bei einem Überstrom automatisch aus und müssen nicht immer ersetzt werden. Fehlerstrom-Schutzschalter FI-Schalter) Der FI-Schalter vergleicht ständig den Strom der Zu- und der Rückleitung. Entsteht ein Unterschied, weil durch einen Fehler der Strom abgeleitet wird, schaltet der FI-Schalter innert Sekundenbruchteilen aus und kann so tödliche Unfälle vermeiden. 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 37 21. DER GENERATOR: (S.260) Der Generator ist eine Maschine, die Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt. Die Turbine dreht die Spule, über die Schleifringe kann so Strom abgeleitet werden. In Speicher-Wasserkraftwerken wird mit der Generator auch als Elektromotor gebraucht und damit bei kleinem Strombedarf Wasser in die höher gelegenen Speicherseen gepumpt. 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE 22. DIE BATTERIE: (S.264) 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007 SEITE 38 MAGNETISMUS UND ELEKTRIZITÄTSLEHRE SEITE 39 23. TRANSFORMATOR: (S.264) Unser Stromnetz hat eine Spannung von 230 V. Nicht alle Geräte sind für diese Spannung geeignet: Sie benötigen einen Transformator, mit dem man die Spannung verkleinern kann. Der Transformator besteht aus einer Primärspule und einer Sekundärspule, die auf einem geschlossenen Eisenkern sitzen. Es gilt: Die Eingangsspannung verhält sich zur Ausgangsspannung wie die Windungszahl der Primär- zu jener der Sekundärspule. 20070317-200837Elektrizität-Sek_2004-05.doc ABBASSI 17.03.2007